Роль жирных кислот в организме человека

Омега-3, омега-6, омега-9: что такое жирные кислоты и зачем они нужны

Что такое омега жирные кислоты? Жиры — природные органические соединения, представляющие собой полные сложные эфиры трехатомного спирта глицерина ижирных кислот. Все жирные кислоты имеют четное число атомов углерода, которые присоединены друг к другу по цепи. Некоторые из них имеют простые связи между атомами углерода и называются насыщенными жирами, другие же имеют двойные связи и считаются ненасыщенными. Омега-3, омега-6 и омега-9 — все эти типы естественных ненасыщенных жиров, которые большинство экспертов в области здорового питания считают значительно полезнее, чем насыщенные жиры.

Если обратиться к химической структуре — начало углеродной цепи называется «альфа», а ее конец — «омега». Омега-3 кислоты имеют тройку в названии, потому что первая молекула с двойной связью находится на три атома углерода от омега-конца (то же самое — с омега-6 и омега-9 жирными кислотами). Условно все жирные кислоты делят на две группы:

• мононенасыщенные — соседние атомы углерода имеют не более одной двойной связи (омега-9). Эти кислоты не относятся к группе незаменимых кислот.
• полиненасыщенные – здесь связей больше (омега-3 и омега-6).Полиненасыщенные жирные кислоты являются одним из очень важных базовых элементов здоровья человека и относятся к незаменимым факторам питания. Они не образуются в организме и должны поступать с пищей.

Наиболее изученными жирными кислотами являются:

из Омега -9:

• олеиновая кислота
• эруковая кислота
• эйкозеновая кислота
• мидовая кислота
• элаидиновая кислота
• нервоновая или селахолевая кислота

Источниками Омега- 9 являются: оливковое масло, арахис, авокадо, орехи и семечки, семена горчицы, льна, кунжута, а также лососевые рыбы.Некоторые из входящих в комплекс Омега -9 жирных кислот при чрезмерном и несбалансированном поступлении имеют свойство накапливаться в организме, что, разумеется, не очень хорошо для здоровья человека. Полезным в Омега -9 является то, что они повышают усвоение глюкозы и этим предупреждают развитие диабета и метаболического синдрома, предотвращают развитие рака молочной железы у женщин, а также участвуют в укреплении иммунитета. Кроме того, Омега -9 снижают уровень холестерина в крови и препятствуют оседанию холестериновых бляшек на стенках сосудов, снижая таким образом риск развития атеросклероза. Омега- 9 снижают риск развития хронических воспалений в организме за счет улучшения тканевого метаболизма. Суточная норма потребности организма человека в мононенасыщенных жирах Омега-9 колеблется в пределах 15-20% от общей калорийности пищевого рациона. В зависимости от общих показателей здоровья, возрастных особенностей и условий проживания, показатель суточной потребности может изменяться.

из Омега- 6:

• линолевая (ЛК, или, в англоязычном варианте, LA)
• арахидоновая (АРК или ARA)

Источники Омега-6 весьма обширны: в первую очередь это растительные масла — пальмовое, соевое, рапсовое, подсолнечное, энотеры, бораго, чёрной смородины, соевое, конопляное, кукурузное, хлопковое и сафлоровое. Кроме растительных масел, Омега- 6 много в мясе птицы, яйцах, подсолнечных и тыквенных семечках, авокадо, злаках и хлебе, орехах кешью, пекан и кокосовых. Омега-6 обеспечивает здоровье нашей коже и снижает уровень холестерина, улучшает свёртываемость крови, снимает воспаления, ослабляет боль. Потребность организма в Омега-6 индивидуальна для каждого человека и находится в пределах 4,5 – 8 граммов в день (5 – 8% от общей калорийности пищевого рациона).

При этом важно соблюдать соотношение Омега-3 и Омега-6 в рационе. Оптимальным соотношением Омега-3 и Омега- 6 является 1:4, но к сожалению в современном питании это соотношение иногда перекошено в пользу Омега-6 подчас в десятки раз.

из Омега- 3:

• эйкозапентаеновая (ЭПК или EPA)
• докозагексаеновая (ДГК, или DHA)
• альфа-линоленовая (АЛК или ALA)

Источником Омега -3 является, прежде всего, морская рыба. Больше всего Омега-3 содержит жирная и полужирная рыба (скумбрия, сардина, лосось, тунец и др.). Наибольшая польза от свежей рыбы, но есть жирные кислоты и в рыбных консервах в масле.

Из растений наибольшим содержанием Омега-3 могут похвастаться льняное семя и кунжут. Поэтому льняным и кунжутным маслом рекомендуется заправлять овощные салаты. Можно употреблять и порошок из семени льна, он хорош тем, что в нем еще и содержится клетчатка. Много Омега-3 в грецких орехах. Есть Омега-3 (хотя и в меньших количествах) в фасоли, цветной капусте, шпинате, брокколи.

Основная польза омега — 3 жирных кислот заключена в их способности укреплять структуру клеточных мембран. Попадая внутрь организма, кислоты улучшают клеточную деятельность, что естественным образом влияет на нормальное функционирование всех органов и систем организма.

Достаточное количество в организме омега- 3 жирных кислот позволяет достичь следующих результатов:

• улучшается работа мозга, сердечно — сосудистой системы и ЖКТ;
• нормализуется эмоциональное и психологическое состояние человека, после чего пропадает хроническая усталость, раздражение, депрессия;
• пропадают болевые ощущения и воспаление при артрозе и ревматизме;
• улучшается половая функция у мужчин;
• понижается уровень холестерина;
• улучшается работа нервной системы;
• стимулируются репродуктивная система;
• укрепляется иммунная система и выравнивается гормональный фон;
• повышается способность организма к регенерации, быстрому заживлению ран и повреждений внутренних органов;
• организм омолаживается естественным образом, повышается тонус и эластичность кожи, укрепляются ногти и волосяные луковицы;
• существенно снижается вероятность развития онкологических заболеваний.

Современные исследования установили, что на сегодняшний день среднестатистический человек потребляет этих полезных жиров непозволительно мало. Было установлено, что в рационе взрослого человека количество Омега-3 жиров составляет лишь 50-70% от жизненно необходимой нормы. Поэтому особое внимание следует уделять формированию своего пищевого рациона. Для этого необходимо знать, в каких продуктах можно найти эти необходимые Омега-3 жирные кислоты.

Оптимальное ежедневное потребление Омега-3 1 грамм в сутки. Именно такое количество необходимо для нормального функционирования клеток организма. Если перевести на пищевые продукты, то это (на выбор): 1 ст. ложка рапсового масла, 1 чайная ложка льняного семени, 5-10 штук не жареных орехов, 70 граммов лосося, 90 граммов консервированных сардин, 120 граммов тунца.

Противопоказаниями к употреблению омега- 3 являются:

• склонность к аллергии на любой вид морепродуктов;
• тяжёлые травмы, кровопотери;
• послеоперационный период;
• геморрой, болезни желчевыводящих путей, почек и печени;
• активная форма туберкулёза и некоторых заболеваниях щитовидной железы;

Но обычными последствиями, с которыми могут столкнуться здоровые люди при переизбытке омега- 3 в организме – это тошнота, диарея и другие проблемы с ЖКТ.

Для того чтобы Вы были здоровыми, бодрыми, энергичными, следует создавать свой пищевой рацион, сохраняя при этом оптимальный баланс жирных кислот.

Врач – диетолог

Л.В. Иванович

Характерные химические свойства кислот / Справочник :: Бингоскул

Кислоты – это химические соединения, содержащие в себе положительный атом водорода (катион H+) и кислотный остаток (анион A-). Является сложным веществом.

Общая характеристика

В первую очередь кислоты различают по растворимости. Есть нерастворимые, растворимые и полурастворимые кислоты. Эти различия прописаны в таблице растворимости, так что наизусть запоминать не требуется.

Классификация:

• Кислоты различают по составу на кислородсодержащие и бескислородные. Примеры кислот приведены ниже в таблице. 

   

  Бескислородные кислоты – это растворы галогеноводородов, атомы которых в растворе связаны полярной ковалентной связью. Название кислоты складывается из названия кислотного остатка в первую очередь, а дальше называется катион (водород). Так с хлором и водородом образуется хлороводородная кислота, а с серой – сероводородная. 

  Кислородосодержащие кислоты, или оксокислоты называют за счёт наличия в них кислорода. Общего принципа построения названия этих кислот нет, так что их названия необходимо запоминать на память.

• Кислоты различают по количеству атомов водорода на одноосновные (один атом водорода), двухосновные (два атома водорода), трёхосновные (три атома водорода).

• Кислоты разделяют на сильные и слабые. К сильным относят галогенводородные и высшие кислородсодержащие кислоты, они растворимы. К слабым относят неустойчивые и нерастворимые в воде кислоты. Чтобы определить силу кислоты, существует правило: из числа атомов кислорода вычесть число атомов водорода, если получаемое число 2 или 3 – кислота сильная, если 1 или 0 – кислота слабая. 

   

Физические свойства

Кислоты, в зависимости от условий, могут быть в трёх агрегатных состояниях: в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Кислоты могут обладать цветом и запахом.

Химические свойства

Изменение цвета индикаторов

Кислота в водной среде способна изменить цвет разных индикаторов. Кислоты окрашивают в красных цвет лакмус, метилоранж и универсальный индикатор. Фенолфталеин не окрашивается.

Взаимодействие кислот с металлами

Кислота способна реагировать только с металлами, находящимися левее водорода в ряду активности металлов.

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

Из приведенного выше химического уравнения нужно отметить, что при взаимодействии кислоты и металла происходит реакция замещения, образуется соль и выделяется h3.

Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами

При взаимодействии кислоты с основным или амфотерным оксидами происходит реакция обмена в результате которой образуются соль и H₂O.

В качестве примера приведены следующие реакции:

K₂O + 2HNO₃ → 2KNO₃ + H₂O
Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

Из приведённого выше химического уравнения нужно отметить, что в реакциях основного оксида калия и амфотерного оксида алюминия (III) с кислотами, образуется соль и h3O.

Взаимодействие кислот с основными и амфотерными гидроксидами

При взаимодействии кислоты с основным и амфотерным гидроксидами образуются H₂O и новая соль, как и в случае с оксидами, происходит реакция обмена. Второе название этой реакции — реакция нейтрализации.

KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O
Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Из приведённой выше химического уравнения нужно отметить, что при реакции основного гидроксида калия и амфотерного гидроксида алюминия (III) с кислотами образуются соль и H₂O.

Взаимодействие кислот с солями

Реакция кислоты с солью является реакцией обмена, так же ее называют реакцией нейтрализации. Она возможно только в случае выпадения соли в осадок, выделения газа, слабые электролиты или вода. Рассмотрим все случаи более подробно.

• Реакции, в результате которых выпадает осадок.

  H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl
  Na₂SiO₃ + 2HNO₃ → H₂SiO₃↓ + 2NaNO₃

  Из приведённого выше химического уравнения можно увидеть, что при взаимодействии кислоты и соли образуются новые кислота и нерастворимая соль, которые выпадают в осадок. Осадок может иметь различную окраску, плотность и консистенцию.

• Реакции, в результате которых при нагревании или обычных условиях выделяется газ.

  NaCl(тв.) + H₂SO₄ (конц.) → Na₂SO₄ + 2HCl↑
  FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

  Из приведённых выше химических уравнений нужно отметить, что при реакции соли с кислотой образуется новая соль и выделяется газ. Разберём одну из реакций: при взаимодействии твёрдого хлорида натрия с концентрированной хлороводородной кислотой образовалась натриевая соль серной кислоты и выделился летучий газ хлороводород.

• Реакции, в результате которых образуется слабый электролит.

  Такие реакции возможны только при условии, когда одним из реагентов сильный электролит. Для того, чтобы убедиться, что реакция будет протекать используют вытеснительный ряд: 

  В этом ряду кислоты расположены так, что в растворах кислот и их солей могут в результате реакции вытесняют из раствора те, что стоят левее в ряду. Азотная и фосфорная кислоты находятся на одном месте в ряду, т.к. имеют одинаковые вытеснительные способности.

  Из приведённого выше химического уравнения нужно отметить, что хлороводородная кислота, которая находится в данном ряду левее, способна вытеснять кислотный остаток карбоновой кислоты, стоящей в ряду правее. Нужно учитывать, что карбоновая кислота слабая и при стандартных условиях она распадется на углекислый газ и воду. Углекислый газ выделяется из раствора, а вода остаётся.

Разложение кислородсодержащих кислот

В результате реакции разложения кислородсодержащих кислот всегда образуется вода и оксид.

Из приведённых выше реакций можно увидеть, что карбоновая легко разлагается при обычных условиях, так как является одной из самых слабой кислотой. Для разложения сернистой и кремниевой кислоты их растворы необходимо нагреть. Во всех трёх реакция в результате образуется вода и оксиды кислотных остатков.

Смотри также:

• Номенклатура неорганических веществ
• Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, магния, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
• Характерные химические свойства простых веществ – неметаллов: водорода, галогенов, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния
• Характерные химические свойства оксидов: оснóвных, амфотерных, кислотных
• Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов
• Характерные химические свойства солей: средних, кислых, оснóвных; комплексных ( на примере соединений алюминия и цинка)
• Взаимосвязь различных классов неорганических веществ

кислот, оснований, оксидов, солей. Как получить оксиды, кислоты, соли, основания?

Оксиды

1. Простое вещество + кислород = оксид
   
   <sub>S + O2 = SO2
   
   4P + 5O2 = 2P2O5
   
   2Zn + O2 = 2ZnO</sub>
2. Разложение некоторых солей, кислот и нерастворимых оснований
   
   <sub>MgCO3 = MgO + CO2
   
   2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
   
   2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
   
   H2SiO3 = H2O + SiO2</sub>

Кислоты

1. Кислотный оксид + H₂O = кислота (SiO₂ с водой не реагирует)
   
   Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄
   
   SO₃ + H₂O = H₂SO₄
2. H₂ + простое вещество-неметалл = летучее водородное соединение
   
   (растворы HF, HCl, HBr, HI, H₂S, H₂Se, H₂Te в воде являются кислотами)
   
   H₂ + Cl₂ = 2HCl (на свету)
   
   H₂ + S = H₂S (при нагревании)
3. Сильная кислота + соль слабой кислоты = слабая кислота + соль сильной кислоты
   
   <sub>2HNO3 + Na2SiO3 = H2SiO3 + 2NaNO3
   
   H2SO4 + MgSO3 = H2SO3 (H2O + SO2) + MgSO4</sub>

Нерастворимые гидроксиды

1. Растворимая соль + щелочь = соль + нерастворимое основание
   
   <sub>Ni(NO3)2 + 2KOH = 2KNO3 + Ni(OH)2
   
   FeCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Fe(OH)2</sub>

Щелочи

1. Основный оксид + вода = щелочь (в реакцию вступают оксиды щелочных и щелочноземельных металлов)
   
   <sub>BaO + H2O = Ba(OH)2
   
   K2O + H2O = 2KOH</sub>
2. Активный металл + вода = щелочь + H₂
   
   2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂
   
   Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

Соли

1. Кислотный оксид + основный оксид = соль
   
   <sub>SO3 + CaO = CaSO4
   
   N2O5 + K2O = 2KNO3</sub>
2. Кислотный оксид + щелочь = соль + вода
   
   <sub>CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
   
   Cl2O7 + 2KOH = 2KClO4 + H2O</sub>
3. Основный оксид + кислота = соль + вода
   
   <sub>CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
   
   Fe2O3 + 6HBr = 2FeBr3 + 3H2O</sub>
4. Кислота + основание = соль + вода
   
   <sub>H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O
   
   3H2SO4 + 2Fe(OH)3 = Fe2(SO4)3 + 6H2O</sub>
5. Соль слабой кислоты + сильная кислота = соль сильной кислоты + слабая кислота
   
   <sub>K2SO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + SO2 (H2SO3)
   
   NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl</sub>
6. Растворимая соль + растворимая соль = нерастворимая соль + соль
   
   <sub>CuCl2 + Na2S = CuS + 2NaCl
   
   Ba(NO3)2 + K2SO4 = BaSO4 + 2KNO3</sub>
7. Растворимая соль + щелочь = соль + нерастворимое основание
   
   <sub>Fe(NO3)3 + 3NaOH = 3NaNO3 + Fe(OH)3
   
   MnCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mn(OH)2</sub>
8. Кислота + металл (находящийся в ряду напряжений левее водорода) = соль + водород
   
   <sub>2HCl + Fe = FeCl2 + H2
   
   2H3PO4 + 6K = 2K3PO4 + 3H2
   
   Важно: кислоты-окислители (HNO3, конц. H2SO4) реагируют с металлами по-другому.</sub>
9. Растворимая соль металла (*) + металл (**) = соль металла (**) + металл (*)
   
   <sub>Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu
   
   Ni + 2AgNO3 = Ni(NO3)2 + 2Ag
   
   Важно: 1) металл (**) должен находиться в ряду напряжений левее металла (*), 2) металл (**) НЕ должен реагировать с водой.</sub>
10. Металл + неметалл = соль
    
    <sub>2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
    
    Ca + Se = CaSe</sub>

Возможно, вам также будут интересны другие разделы справочника по химии:

Биохимический анализ крови. Расшифровка основных показателей

2. Холестерин общий. Этот показатель в норме не должен превышать 5,2. Высокий холестерин в крови, не считавшийся проблемой еще несколько десятков лет назад, сейчас волнует многих. Инфаркты и инсульты уносят жизни, а причиной половины из них является атеросклероз сосудов, который, в свою очередь, является следствием повышенного холестерина в крови у мужчин и женщин. Цифра именно «общего» холестерина сама по себе не показательна, поэтому если он повышен, то врач назначит дополнительные анализы, которые покажут фракции холестерина, то есть соотношение «плохого» (липопротеид низкой плотности) и «хорошего» (липопротеид высокой плотности ) холестерина в крови.

Повышенное содержание в крови холестерина способствует развитию атеросклеротического поражения стенок кровеносных сосудов и является одним из факторов риска развития тяжелых сердечно-сосудистых заболеваний, таких как стенокардия (ишемическая болезнь сердца) и инфаркт миокарда, мозговой инсульт и перемежающаяся хромота.

Помогает снизить холестерин физическая активность, отсутствие в рационе продуктов, содержащих транс-жиры, употребление клетчатки, в продуктах, разрешенных для низко-углеводной диеты, включение в рацион морской рыбы хотя бы 2 раза в неделю, отказ от курения и алкоголя.

Следует отметить важное значение регулярных медицинских осмотров, ведь большинство заболеваний гораздо проще вылечить на начальной стадии, когда человека еще практически ничто не беспокоит. Помните: осложнения, которые вызываются повышенным холестерином, необратимы, а лечение не избавляет от существующих проблем, а лишь предотвращает развитие новых.

3. Билирубин общий. Биохимический анализ крови на билирубин проводится при: болезнях печени, разрушении эритроцитов, нарушении оттока желчи и заболеваниях желчевыводящих путей, появлении желтушности глаз и кожи. Этот показатель дает врачу понимание о том, как у человека работает печень.

Билирубином называют желчный пигмент, вещество, которое образуется при распаде некоторых веществ, в том числе отработанного гемоглобина. Железо из гемоглобина организм использует повторно, а вот белковая часть молекулы после сложных биохимических процессов превращается в билирубин.

Показатель в норме – от 5 до 21. Если билирубин повышен, то нужно обратиться к врачу, чтобы он исключил желчекаменную болезнь, гепатиты, инфекционное поражение печени. Часто повышенный билирубин может говорить о гепатите А (болезнь Боткина, желтуха). Подъем этой болезни обычно бывает осенью.

4. АЛТ, АлАТ, аланинаминотрансфераза и АСТ, АсАТ, аспартатаминотрансфераза. Все это вместе можно назвать одним термином – «трансминазы». Аланинаминотрансфераза (алт, или АлАТ) — маркерные ферменты для печени. Аспартатаминотрансфераза (аст, или АсАТ) — маркерные ферменты для миокарда. Количество содержания фермента аланинаминотрансферазы в крови измеряется в единицах на литр. Врач смотрит на соотношение АЛТ и АСТ и делает выводы.

В диагностических целях важен не только факт изменения показателей крови АсАТ и АлАТ, но и степень их повышения или понижения, а также соотношение количества ферментов между собой. К примеру:

Об инфаркте миокарда свидетельствует повышение обоих показателей (АСТ и АЛТ) в анализе в 1,5–5 раз. Если соотношение АСТ/АЛТ находится в пределах 0,55–0,65, можно предположить вирусный гепатит.

Обеспечение безопасности и качества масла сливочного и молочных консервов (Российская Федерация)

Т.С. Куликовская, начальник лаборатории, Т.Б. Гусева, к.б.н., старший научный сотрудник, О.М. Караньян, начальник сектора хроматографических исследований, Т.Е. Маркевич, главный специалист. ФГБУ НИИПХ Росрезерва

Обеспечение безопасности и качества масла

сливочного и молочных консервов

Удовлетворение потребности населения в высококачественных продуктах питания – одна из основных социально-экономических проблем. Вследствие этого, продукция, закладываемая на хранение, должна соответствовать обязательным требованиям, установленным законодательством и нормативно-технической документацией и иметь соответствующий запас качества.

В настоящее время в Российской Федерации требования к молоку и молочной продукции устанавливает Федеральный закон «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» от 12 июня 2008г. №88-ФЗ, в котором установлены обязательные требования к молоку и молочной продукции, в том числе и к маслу сливочному. С момента вступления в силу Федерального закона, требования национальных стандартов в отношении молока и молочных продуктов применяются в добровольном порядке и в части, не противоречащей требованиям ФЗ. Требования межгосударственных стандартов применяются в порядке, установленном законодательством РФ о техническом регулировании и на основе международных договоров РФ. С января 2010г. был введен в действие новый национальный стандарт ГОСТ Р 52969-2008 «Масло сливочное. Технические условия», устанавливающий требования к отечественному маслу сливочному. Новый стандарт разработан ВНИИМС с учетом требований Федерального закона №88-ФЗ от 12 июня 2008 года. ГОСТ Р 52969 разработан взамен межгосударственного стандарта ГОСТ 37-91 «Масло коровье. Технические условия» в части требований к сливочному маслу (кроме «Вологодского и топленого масла»), а также взамен ТУ 9221-135-04610209-2003 «Масло сливочное Бутербродное».

В связи со снижением производства коровьего молока и его высокой себестоимостью некоторые предприятия производят фальсифицированные продукты, не соответствующие требованиям действующих законодательных и нормативных документов. Фальсификации подвергаются дорогостоящие растительные масла, а также продукты, в основе которых должен быть только молочный жир. К таким продуктам, прежде всего, следует отнести сливочное масло, сгущенное и сухое молоко [1]. Современные технологии конструирования продовольственных товаров достигли такого уровня, что даже опытному эксперту не всегда удается однозначно установить факт фальсификации только по органолептическим показателям. Введение фальсифицирующих заменителей сказывается не только на потребительских свойствах продукта, но и на его способности к сохранности при длительном хранении.

В соответствии с требованиями ГОСТ Р 52969-2008 «Масло сливочное. Технические условия», жирнокислотный состав молочного жира должен соответствовать ГОСТ Р 52253-2004 «Масло и паста масляная из коровьего молока», где регламентированы величины соотношений эфиров жирных кислот, являющихся наиболее характерными признаками подлинности масла. Кроме того, в ГОСТ Р 52969-2008 имеется справочное приложение с более полным перечнем жирных кислот и их допустимым содержанием в молочном жире.

В лаборатории экспертизы пищевых продуктов (ЛЭПП) ФГБУ НИИПХ Росрезерва разработана методика выполнения измерений массовой доли индивидуальных жирных кислот. Методика включает в себя экспрессную пробоподготовку всех видов жировой продукции, с использованием самых распространенных реактивов. Подобраны условия проведения хроматографического анализа. Идентификация эфиров жирных кислот по временам выхода была проведена на хромато-масс-спектрометре (порядка 70 кислот и их изомеров для 30-метровой капиллярной колонки и порядка 90 – для 100-метровой). Методика прошла метрологическую аттестацию и защищена Патентом РФ № 2188418 с 2002 г. Данная методика адаптирована к требованиям международных стандартов и успешно апробирована в испытательных центрах ряда европейских государств, аккредитованных в системе SGS. Разработанная методика в сочетании с использованием современного оборудования позволяет быстро и эффективно решить проблему установления подлинности различных масел, жиров и любой другой жиросодержащей продукции даже сложно-сырьевого состава.

Наиболее часто для фальсификации продуктов из коровьего молока используют добавки дешевых растительных жиров: пальмового, пальмоядрового, кокосового и соевого. Эти жиры используют по отдельности и в различных сочетаниях. Жиры растительного и животного происхождения имеют сложный химический состав, представляющий собой смесь триглицеридов жирных кислот. Для каждого жира характерен свой набор и соотношение жирных кислот. Для кокосового и пальмоядрового жиров характерно высокое содержание лауриновой кислоты, для соевого – линолевой, для пальмового – пальмитиновой и олеиновой кислот. В то же время, в отличие от молочного жира, во всех растительных жирах отсутствует масляная кислота, а в жирах, за исключением кокосового, практически отсутствуют и другие низкомолекулярные кислоты, включая миристиновую. Широкое применение нашли и так называемые заменители молочного жира, представляющие смесь растительных жиров, подвергнутых модификации. Их жирнокислотный состав (ЖКС) зависит как от использованного сырья, так и от способа переработки [2].

Следует отметить, что с 1 июля 2011 г. вступил в действие ГОСТ Р 53796-2010 «Заменители молочного жира. Технические условия». Заменитель молочного жира должен суммарно содержать 15-25% линолевой (омега-6) и линоленовой (омега-3) кислот, при соотношении омега-6 к омега-3 от 5 до 15. В ГОСТ ограничено содержание в заменителях молочного жира опасных для здоровья человека трансизомеров жирных кислот. Оно не должно превышать 5% от общей суммы жирных кислот. При этом температура плавления заменителей молочного жира должна быть схожей с молочным жиром, что обеспечивает им необходимые пластичные свойства и расширяет возможности  фальсификации.

Применение заменителей молочного жира позволяет получать вкусовой профиль, приближенный к сливочному маслу, что затрудняет выявление фальсифицированного продукта органолептическими методами [3].

Анализ ЖКС, благодаря наличию в ЛЭПП ФГБУ НИИПХ Росрезерва большого объема статистических данных, позволяет определить количество введенной растительной добавки с точностью ±5%, а в некоторых случаях и установить, какие конкретно растительные жиры были использованы.

При интерпретации данных ЖКС следует обращать внимание не только на соотношения основных жирных кислот, но и на абсолютные значения всех жирных кислот, которые должны присутствовать в молочном жире. Следует отметить, что в молочном жире обязательно присутствуют такие кислоты, как пентадекановая, маргариновая, а также изомеры олеиновой кислоты.

Как правило, доля введенной растительной добавки составляет 30-70% по отношению к жировой фазе образца. Определение ЖКС позволяет однозначно установить наличие растительных добавок, превышающих 10% от жировой фазы образца, а в отдельных случаях и менее того. В качестве добавок часто используют растительные жиры, подвергнутые модификации. При этом происходит изменение ЖКС растительных жиров в сторону уменьшения содержания ненасыщенных кислот.

В табл. 1 приведены результаты определения ЖКС для образцов подлинного и фальсифицированного сливочного масла. Все образцы фальсифицированной продукции были заявлены как «Масло сливочное», выработанное по ГОСТ. По данным ЖКС установлено, что жировая фаза образца 1 представляет смесь молочного и пальмового жиров, образца 2 – смесь молочного и кокосового жиров, образца 3 – молочный жир с добавкой соевого масла, образца 4 – смесь растительных и молочного жиров. В случае существенной замены молочного жира растительными (в образцах 1, 2, 4), большинство соотношений метиловых эфиров жирных кислот и их абсолютных значений существенно выходит за пределы нормативов. Для образца 3 с добавкой 10% соевого масла практически все регламентируемые величины соответствуют нормам, за исключением содержания линолевой кислоты доминирующей в ЖКС данного масла, и соответствующего соотношения метиловых эфиров.

Таблица 1. Жирнокислотный состав образцов масла сливочного

Кроме проверки подлинности сливочного масла, определение ЖКС также используют при экспертизе качества других продуктов из коровьего молока, таких как сгущенные молоко и сливки, сухие молоко и сливки, творог и др. При использовании только молочного сырья ЖКС для всех молочных продуктов полностью соответствует нормативам для молочного жира по ГОСТ Р 52253-2004. В новом ГОСТ Р 53436-2009 «Консервы молочные. Молоко и сливки сгущенные с сахаром. Технические условия», который вступил в действие с 01.01.2011г., ЖКС принят в качестве характеристики для установления фальсификации продукта. В отличие от сливочного масла, для сгущенного молока нормативом выбран полный ЖКС, соответствующий справочному приложению ГОСТ Р 52253-2004.

В сливочном масле доля фальсифицирующих растительных добавок составляет, как правило, не более 70%. При значительном содержании добавок сильно ухудшаются внешний вид и вкусовые качества продукта, что можно определить органолептически. Как правило, в фальсифицированном сливочном масле около половины жировой фазы составляет молочный жир. В случае сгущенного молока картина другая, сахар создает общий вкусовой фон, а цвет продукта бывает не всегда одинаков. Таким образом, по органолептическим показателям установить фальсификацию в сгущенном молоке с сахаром значительно сложнее, чем в сливочном масле. Если в случае сливочного масла часто используют незначительные (менее 20%) добавки жиров немолочного происхождения, то в сгущенном молоке доля растительных добавок бывает весьма существенной.

Таблица 2. Жирнокислотный состав образцов молока цельного

сгущенного с сахаром

В табл. 2 приведены результаты определения ЖКС для образцов подлинного и фальсифицированного молока цельного сгущенного с сахаром. В качестве фальсифицирующей добавки в образце 1 использовано пальмовое масло с добавлением кокосового масла, в образце 2 смесь растительных жиров, жировая фаза образца 3 представляет собой пальмовое масло с незначительным содержанием молочного, вероятно входящего в состав использованного в качестве сырья обезжиренного сухого молока. Для ЖКС сгущенного молока, в отличие от других продуктов из коровьего молока, как правило, характерно более высокое содержание масляной кислоты, идентифицируемой даже при незначительном содержании растительной добавки.

В качестве жирового компонента довольно часто используют гидрированные растительные жиры, полученные путем химической модификации природных жиров. Их часто используют и в качестве фальсифицирующих добавок к молочной продукции вследствие их низкой стоимости. В природных растительных и животных жирах содержатся в основном цис-изомеры олеиновой кислоты, в которых боковые группы находятся по одну сторону углеродного скелета. В продукте, полученном в результате гидрогенизации, образуются транс-изомеры (элаидиновая кислота), в которых боковые группы располагаются по разные стороны основной цепи и такая молекула имеет практически прямую конфигурацию.

Транс-изомеры не способны должным образом выполнять свои функции в составе биологических структур организма человека. Оказавшись в составе клеточных мембран, они нарушают их нормальное функционирование, способствуя развитию хронических воспалительных процессов, ожирения, а также увеличивая риск возникновения атеросклероза и других сердечно-сосудистых заболеваний [4].

В Техническом регламенте на масложировую продукцию содержание транс-изомеров в маргаринах и спредах нормируется и не должно превышать 8%. Контроль содержания транс-изомеров можно проводить определением ЖКС с использованием 100-метровой капиллярной колонки, т.к. применение более короткой колонки не позволяет разделить цис- и трансизомеры.

Этот показатель необходимо контролировать как в исходном сырье, так и в конечном продукте. Повышенное содержание транс-изомеров наряду с другими аномалиями ЖКС указывает на фальсификацию молочного продукта. Следует, однако, иметь в виду, что если в природных растительных жирах транс-изомеры практически отсутствуют, то в натуральных молочных продуктах они присутствуют в количестве до 5%.

Таким образом, определение ЖКС является надежным инструментом для предотвращения попадания в систему Росрезерва опасной и фальсифицированной продукции.

ФГБУ НИИПХ Росрезерва в рамках своей основной деятельности готово оказать методическую и консультативную поддержку при внедрении в производственную практику хроматографических методов идентификации подлинности масло-жировой и молочной продукции, а также в проведении испытаний продукции в целях выявления фальсификата.

Список литературы

1. Святкина Л. И. Проблемы обнаружения фальсификации масложировой продукции животного происхождения // Товароведение и экспертиза товаров. Проблема качества и потребительские свойства товаров. − Иркутск, 2006. − Вып. 2.

2. Дунин С. А., Пивоваров Ю. В., Зенин В. А.  Исследование жирнокислотного состава масложировой продукции // Партнеры и конкуренты. − 2007. − № 3.

3. Зайцева Л. В.  Новая эра: заменители молочного жира по ГОСТу // Масложировая промышленность. − 2011. − № 3.

4. Остапов В. В. Проблема трансизомеров в масложировой промышленности // Масложировая промышленность. − 2011. − № 3.

Советы по здоровому питанию — Роспотребнадзор

Нужно ли всем считать калории? Каждую калорию, конечно — нет! Но нужно иметь общие представления, что и почем! И эти нужно знать уже с детства. Мы же учим детей чистить зубы по утрам и мыть руки перед едой и это становится частью их жизни!

Есть ли здоровые продукты? Если да, то к ним в первую очередь следует отнести яблоки. И если так, то попробуйте в течение 2 недель есть только яблоки – результат: резкое снижение веса, потеря иммунитета, симптомы анемии и другие признаки белково-калорийной недостаточности. Или сливочное масло – один жир! Но, «паутинка»

сливочного масла (2-3 грамма), нанесенная на кусок свежего ржаного хлеба – вкус умопомрачительный, но не только. Дополнительно 20-25 килокалорий (около 1% потребности в энергии взрослого) и вполне ощутимые количества витамина А (около 2% от потребности взрослого). И таких примеров можно привести множество.

Из этого следует, что каждый продукт уникален по химическому составу и нет ни одного из них, который бы полностью удовлетворил потребности взрослого человека во всех необходимых для обеспечения здоровья пищевых и биологически активных веществах. Только комбинация различных продуктов способна решить эту задачу. Иными словами, нельзя говорить о здоровых или вредных для здоровья пищевых продуктах – только рацион в целом может быть классифицирован как здоровый или опасный для здоровья. Причем однократное или кратковременное нарушение не ведет к серьезным последствиям и при наличии знаний будет легко компенсировано. Речь здесь идет о долговременных и регулярных нарушениях, т.е. о сложившейся системе питания.

Немного о химии пищевых продуктов

Итак, попробуем разобраться «что и почем». Начнем с интегрального показателя – калорийности, которая определяется присутствием основных пищевых веществ или макронутриентов: белков, жиров и углеводов.

Следует сразу обратить Ваше внимание на то, что калорийность жиров более чем

 в два раза выше калорийности белков или углеводов. Именно поэтому продукты, содержащие жир являются более калорийными. Большинство сырых или отварных овощей и фруктов имеют низкую калорийность, но в процессе их приготовления, как правило, используют жир, что приводит к значительному возрастанию калорийности. Типичный пример – отварной картофель – 75 ккал, а картофельные чипсы – 531 ккал на 100 грамм продукта! (см таблицу 1). Продукты животного происхождения, обычно, имеют более высокую калорийность, связанную с большим содержанием жира.

Белок – важнейший из компонентов пищи. В организме человека он расщепляется на аминокислоты, из которых уже сам организм синтезирует свои специфические тысячи белков, которые выполняют многообразные функции. Все множество белков – это различные комбинации 20 аминокислоты, часть аминокислот могут превращаться одна в другую и только 10 незаменимы для ребенка и 8 для взрослого, т.е. не синтезируются организмом человека. Именно последние должны поступать изо дня в день в течение всей нашей жизни. Нашему организму все равно, из каких продуктов они будут получены: мясо или картофель, молоко или горох, рыба или хлеб и т.д.. Важно, чтобы организм имел доступ к всем заменимым и незаменимым аминокислотам, отсутствие или недостаток только одной аминокислоты приведет к полной остановке синтеза белка и вызовет поломку всего организма. Именно поэтому белковому компоненту рациона придается столь пристальное внимание.

Следует знать, что белок содержится главным образом в продуктах животного происхождения: мясе, рыбе, молочных продуктах, птице, яйцах. В значительных количествах полноценный белок присутствует в бобовых (горох, фасоль, чечевица, соя), орехах и семечках (см. таблица 1) О том, сколько нужно человеку белка, а также других пищевых веществ можно узнать из Методических рекомендаций «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», которые находятся на сайте Роспотребнадзора

Таблица 1. Содержание основных пищевых веществ и энергетическая ценность некоторых пищевых продуктов

Жиры, поступающие с пищей — являются концентрированным источником энергии. Но они выполняют и пластические функции, являясь строительным материалом для синтеза биологических мембран клеток и субклеточных структур. Из отдельных жирных кислот организм синтезирует также соединения, регулирующие многие процессы, включая механизмы иммунитета, аллергии и др. Жиры растительного и животного происхождения имеют различный состав жирных кислот, определяющий их физические свойства и физиолого-биохимические эффекты.  Жирные кислоты подразделяются на два основных класса — насыщенные и ненасыщенные.

Насыщенные жирные кислоты содержатся преимущественно в жирах животного происхождения, ненасыщенные – в растительных маслах и рыбе.

С высоким потреблением насыщенных жирных кислот связывают развитие ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, поэтому потребление их следует ограничивать.

Наличие ненасыщенные жирные кислоты характерно для растительных масел и рыбы. Среди них по характеру двойных связей выделяют семейства омега-3 и омега-6 полиненасыщенные жирные кислоты. Потребление полиненасыщенных жирных кислот омега-3 и омега-6 способствует профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому потребление 1-2 столовых ложек растительного масла представляется крайне необходимым для обеспечения здоровья. Аналогичными эффектами обладает и жир рыб, поэтому рекомендуется потребление как минимум 3-х порций рыбы в неделю.

Углеводы в организме человека выполняют в основном энергетическую функцию. Они широко представлены в растительных продуктах (см таблицу 1) в виде сложных углеводов (крахмал) и простых сахаров.

Фрукты и овощи содержат как простые сахара, так и крахмал. Все зерновые продукты: мука, крупы и макароны содержат в основном крахмал.

Разумеется, рафинированный сахар, также как и кондитерские изделия является источниками простых углеводов – этот сахар получил определение как «добавленный сахар». Действительно он добавляется в различные напитки, включая чай и кофе, входит в рецептуры конфет, пирожных и тортов, многих видов выпечки, мороженого и широкого ассортимента молочных продуктов. К сожалению, потребление добавленного сахара ассоциирует с развитием диабета, ожирения, кариеса, сердечно-сосудистых заболеваний и поэтому в рационе, если мы стремимся к здоровью, количество всех вышеперечисленных вкусностей следует ограничивать.

В составе сложных углеводов выделяются и неусвояемые полисахариды – пищевые волокна, одним из представителей которых является клетчатка. Эти углеводы перевариваются в толстом кишечнике в незначительной степени, но существенно влияют на процессы переваривания, усвоения и эвакуацию пищи, а также на поддержание состава нормальной микрофлоры кишечника. Основными источниками пищевых волокон являются фрукты и овощи, продукты из «неочищенных» зерновых и продукты переработки зерновых — отруби.

Для нормальной жизнедеятельности организму человека требуется несколько сотен различных соединений – это витамины и минеральные вещества, а также множество биологически активных веществ. Подробно это тема будет освещена на отдельной странице.

Переходим к планированию своего питания

И так, получив общие представления о химии пищевых продуктов, теперь попробуем разобраться в том, как часто и в каких количествах следует включать тот или иной продукт или блюдо в повседневный рацион.

В следующей таблицы представлены основные группы пищевых продуктов и общие рекомендации по их количественному потреблению средним человеком.

В качестве источника «пустых» калорий  в группе продуктов, окрашенной в красный свет, следует рассматривать не только сахар и кондитерские изделия, но и алкогольные напитки. Специалисты рекомендуют ограничить потребление крепких напитков до 30-50 мл  или вина до 150 мл для, или пива до 330 мл в день. Помните, что алкогольные напитки, как правило, не содержат незаменимых для организма человека веществ, а риск от потребления алкоголя значительно превосходит возможную пользу,  кроме того – это источник дополнительных калорий (1 г алкоголя = 7 килокалориям).

            Для наглядности группы продуктов в таблице окрашены в разные цвета — использована идея светофора:

зеленый   —     ешь, не опасайся! Источники важнейших компонентов здорового рациона питания. Необходимо употреблять в каждый прием пищи,

желтый   —      ешь, но будь внимательным! источники важнейших компонентов здорового рациона питания. Необходимо употреблять каждый день по несколько раз, но при этом быть внимательным! Продукты этих групп содержат жир, потребление которого следует ограничивать!

красный  —      осторожно, подстерегает опасность! Источники легкоусвояемых углеводов и жира! Можно употреблять в ограниченном количестве только в том случае, если нет проблем с избыточным весом. 

Какое количество продуктов необходимо потреблять.

Объем необходимой для обеспечения здоровья пищи и  энергии определяется возрастом, полом и уровнем физической активности. Лицам с низким уровнем физической активности (ведущим малоподвижный образ жизни), а также имеющим избыточную массу тела или ожирение необходимы меньшие количества продуктов и наоборот, молодым людям, а также людям, ведущим активный образ жизни при нормальном весе требуется большие количествапродуктов. Потребности женщин меньше чем у мужчин, молодые люди нуждаются в большем количестве пищи, чем пожилые.

Как самостоятельно оценить уровень физической активности и величину энерготрат?

Если Ваша обычная повседневная активности в быту, как и работа не требуют особенных физических нагрузок и вы ежедневно тратите менее 30 минут на занятия физкультурой или специально ходите в течение этого времени быстрым шагом, то вы относитесь к группе людей с низкой физической активностью. К сожалению, число таких людей растет! Вам требуется менее 2000 ккал в сутки.

30-60 минут ежедневных физических упражнений позволяют повысить физическую человека активность до средней.

К  группе с высокой физической активности можно отнести тех, кто регулярно занимается физкультурой или спортом более одного часа в день или профессиональная деятельность которых связана с высокими энерготратами  (это главным образом рабочие специальности с немеханизированным трудом).

 Подробную информацию о потребностях различных групп населения в энергии и пищевых веществах можно найти  в Методических рекомендациях «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», размещенного на сайте Роспотребнадзора.

Оптимальные наборы суточного рациона питания

В следующей таблице приводятся группы продуктов, веса или объемы условных порций  различных пищевых продуктов, а также количество порций каждой группы продуктов для женщины и мужчины с различным уровнем  физической активности.

В качестве условных порций пищи для простоты использования приняты:

         объем стакана = чашки = полупорционной глубокой тарелки, эквивалентные 250 мл продукта, 

          размер колоды игральных карт, соответствующий  80-100 г вареного мяса или рыбы,

          столовой ложки = 20-25 мл

.         чайной  ложки = 5 мл

          Задача по планированию питания будет заключаться в том, чтобы выбрать для себя внутри каждой группы те продукты, которые Вам больше нравятся и в таком количестве условных порций, которое соответствует вашей физической активности.

В суточном рационе должны присутствовать группы продуктов окрашенные в зеленый и желтый цвет. По каждой группе желательно набрать указанное число условных порций, число которых за сутки составит

— для женщины с нормальной массой тела и низкой физической активностью 16-18;

— для мужчины с нормальной массой тела и низкой физической активностью  20-23;

— для мужчины с нормальной массой тела и средней физической активностью 25-27.

Большее количество — 30-35 порций необходимо подросткам и физически активным мужчинам. Увеличение числа порций должно производиться главным образом за счет групп продуктов, окрашенных в зеленый цвет.

Пример планирования питания для женщины с низкой физической активностью на один день:

Важным является также вопрос о том, в каком виде предпочтительнее употреблять тот или иной пищевой продукт. Конечно, в свежем, сыром продукте больше полезных веществ. Хранение, транспортировка, любые виды термической обработки приводят к «потерям» пищевых веществ, но не все виды продуктов принято и целесообразно есть в сыром виде, более того термическая обработка нередко позволяет освободиться от компонентов, которые могут вызвать нежелательные для здоровья последствия или повысить усвояемость некоторых пищевых веществ.  

Соблюдаете ли Вы основные законы о питании

Проверить выполнение 1-го Закона о питании, требующего соблюдения равновесия между энергией, поступающей с пищей и энергией, которую Вы расходуете на физическую активность можно даже без каких-либо специальных исследований. Достаточно ущипнуть себя за живот – если кожная складка превысит толщину пальца (около 2 см), то Вы нарушаете 1-ый Закон науки о питании и Вам необходимо  сократить количество условных порций до минимального значения, особенно из групп продуктов, обозначенным  желтым и красным цветом, обращая особое внимание на содержание жира в них. Кроме этого необходимо увеличить ежедневную физическую активность. Помните, что наиболее калорийными являются продукты, которые содержат жир и сахара.

Более сложной представляется проверка выполнения 2-го Закона науки о питании. Для этого необходимо установить обеспеченность организма пищевыми веществами с помощью специальных тестов, выполнение которых возможно только в специальных условиях. Но, косвенными способами можно получить информацию, которой будет вполне достаточно для оценки адекватности вашего рациона. Такая оценка особенно важна  для тех людей, физическая активность которых является низкой или очень низкой. 

Если Вы включаете в свой рацион питания 500 мл молока, то получаете качественный белок, почти половину необходимой  для Вас потребности в кальции, более трети витамина В₂; полторы порции мяса, кроме высококачественного белка обеспечат почти половину потребности в железе и почти полностью в витамине В₁₂; порция салата из моркови «насытит» Вас суточной потребностью в каротиноидах. Более подробно об этом будет рассказано в следующих разделах.

Но все же витаминов и минеральных веществ может оказаться недостаточно, особенно в том случае если физическая активность человека очень низкая и для обеспечения организма энергией требуется не очень большой объем пищи. Какой же выход? Необходимо включать в рацион обогащенные витаминами и минеральными веществами продукты массового потребления: хлебобулочные изделия, молоко и молочные продукты, напитки или применять витамино-минеральные комплексы.

Короткоцепочечные жирные кислоты

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ (SCFAs)

Рис. 1 . Образование и путь КЦЖК в системе желудочно-кишечного тракта человека

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ (ЛЕТУЧИЕ) ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ КАК МЕТАБОЛИТЫ АНАЭРОБНЫХ БАКТЕРИЙ

Короткоцепочечные жирные кислоты (сокращённое наименование: КЖК или КЦЖК; англ. short-chain fatty acids (SCFAs) или volatile fatty acids (VFAs)) — обобщённое наименование ряда предельных одноосновных карбоновых кислот, имеющих относительно небольшое количество (не более 6) атомов углерода.

Итак, одним из важнейших продуктов бактериального синтеза  являются особые соединения  – летучие жирные кислоты (ЛЖК) или, еще их называют, короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК). Значение данных органических кислот для человеческого организма чрезвычайно важно. Здоровая микрофлора желудочно-кишечного тракта позволяет вырабатывать достаточное количество указанных соединений, которые в свою очередь обладают противовоспалительным, противоопухолевым воздействием, защищают организм от патогенов и токсинов, стимулируя развитие нормальной микрофлоры, т.е. поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой кишечника.  Отметим, что пробиотики имеют бактериальный состав, соответствующий нормальной микрофлоре ЖКТ, а потому систематический прием указанных биоконцентратов и (или) употребление пробиотических продуктов (особенно совместно с пребиотиками)  восполняет дефицит короткоцепочечных жирных кислот в толстом кишечнике.

О влиянии пробиотиков на продукцию короткоцепочечных жирных кислот кишечным микробиомом человека см. в обзорной статье:

Стимулирование синтеза SCFAs с помощью пробиотических бактерий

ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ КЦЖК

Микроорганизмы, населяющие кожу и слизистые человека, наибольшего своего количества достигают на слизистой толстого кишечника, где их концентрация огромна и составляет до 10¹² колониеобразующих единиц в 1 мл. Бактерии участвуют в пищеварении и обеспечении организма хозяина веществами, необходимыми для энергетических и пластических процессов, образуя своеобразный метаболический реактор. Они также участвуют в противоинфекционной защите, формируя колонизационную резистентность слизистых оболочек, и вырабатывают значительные количества разнообразных физиологически активных соединений, контролирующих многие процессы в макроорганизме. Одними из таких соединений являются короткоцепочечные жирные кислоты, иногда их называют летучими кислотами.

Почему летучие жирные кислоты?

Первоначально КЦЖК называли летучими жирными кислотами (ЛЖК), этот термин до сих пор можно встретить в литературе. Это название произошло не столько от летучести, сколько от их специфического, нередко неприятного запаха. Летучие жирные кислоты — это низкомолекулярные карбоновые кислоты, способные при кипячении улетучиваться с водяным паром. Образуясь в значительных количествах в просвете кишки, они не остаются безучастными метаболитами бактерий, а активно включаются в работу организма хозяина. Направления их деятельности чрезвычайно разнообразны, что довольно необычно для таких простых по химической структуре соединений.

Почему короткоцепочечные жирные кислоты?

КЦЖК — это монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 6 атомов углерода, поэтому в англоязычной литературе их еще называют «short-chain fatty acids» (SCFA) — короткоцепочечными жирными кислотами.

Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу (СООН). По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на монокарбоновые, или одноосновные (одна группа — СООН), дикарбоновые, или двухосновные (две группы — СООН), и т.д. Так, Муравьиная (С1), Уксусная (С2), Пропионовая (С3), Масляная / Изомасляная (С4), Валериановая / Изовалериановая (С5) и Капроновая / Изокапроновая (С6) кислоты являются одноосновными карбоновыми кислотами (прим.: номер в обозначении кислот показывает кол-во атомов углерода).

Итак, короткоцепочечные жирные кислоты играют важную роль в физиологии пищеварения. В различных отраслях знания к короткоцепочечным жирным кислотам относят разный набор карбоновых кислот:

Цифра после «С» в обозначении КЖК указывает на число атомов углерода в кислоте.

Изомасляная, изовалериановая и изокапроновая кислоты являются изомерами масляной, валериановой и капроновой кислот, соответственно, и так называемыми «жирными кислотами с разветвлённой углеродной цепью» и с биохимической точки зрения жирными кислотами не являются. Поэтому карбоновые кислоты с «разветвлённой цепью» часто не включают в список КЖК. Иногда к КЖК относят также муравьиную кислоту (С1), иногда не включают капроновую и изокапроновую кислоты. Уксусная, пропионовая, масляная, валериановая и капроновая кислоты являются насыщенными жирными кислотами.

Примечание: Перечисленные жирные кислоты в медицинской литературе обозначаются как короткоцепочечные, хотя, строго говоря, с биохимической точки зрения таковыми являются только три: уксусная, пропионовая и масляная (т.е. С2-С4). Нормальная микрофлора толстой кишки перерабатывая непереваренные в тонкой кишке углеводы производит перечисленные кислоты с минимальным количеством их изоформ.

K основным КЦЖК, продуцируемым в толстом кишечнике, относятся уксусная, пропионовая и масляная кислоты. Отметим, что соли и эфиры (производные) данных кислот, образующиеся также в результате брожения (ферметации  пищевых волокон в кишечнике), называются соответственно: ацетат, пропионат и бутират). 

Метаболизм короткоцепочечных кислот в кишечнике

КЖК относят к биохимическим маркерам симбиоза микрофлоры, населяющей толстую кишку, и организма человека. КЖК, образованные в результате микробного метаболизма, имеют важное значение как для толстой кишки, так и для макроорганизма в целом. Синтез КЖК является важным фактором колонизационной резистентности, обеспечивающим стабильность состава кишечной микрофлоры, одним, но не единственным, механизмом обеспечения которой является поддержание оптимальных значений рН в просвете толстой кишки. Повышение концентрации КЖК сочетается со снижением осмотического давления в толстой кишке в связи с расщеплением полисахаридов.

Большая часть КЖК, образовавшихся в толстой кишке, всасывается. Обычно, с калом выводится не более 5% от их общего количества. Всасывание КЖК происходит при участии активных транспортных систем колоноцитов и наиболее хорошо изучено в отношении масляной кислоты. Установлено, что масляная кислота поступает в колоноцит в обмен на гидрокарбонатные ионы. Часть всосавшейся масляной кислоты поступает опять в просвет кишки в обмен на ионы хлора, однако значительная часть её остается в колоноците и утилизируется им. Кроме того, всасывание масляной кислоты тесно связано с всасыванием натрия: блокирование всасывания масляной кислоты блокирует всасывание натрия и наоборот. Это взаимодействие имеет особое значение, так как поступление натрия в колоноцит определяет всасывание воды. Кроме того, КЖК определяют всасывание кальция и магния. Таким образом, эффективность всасывания КЖК имеет значение не только для поддержания водно-электролитного равновесия и минерального обмена в организме, но также для регуляции моторики толстой кишки, проявляя свой антидиарейный эффект. Важной функцией микрофлоры в связи с метаболизмом в КЖК является обеспечение колоноцита энергией, которую для энергетических целей не менее, чем на 70% даёт масляная кислота. Доказано, что КЖК являются регуляторами апоптоза и обладают антиканцерогенным эффектом.

КЖК в портальной, печеночной и венозной (периферической) крови:

Поступившие в колоноцит уксусная и пропионовая кислоты на уровне толстой кишки участвуют в регуляции её кровотока, повышая его и тем самым обладают антиишемическим эффектом. Концентрация КЖК (в основном уксусной и пропионовой кислот) в воротной вене составляет в среднем 375±70 мкмоль/л, в то время как в оттекающей от печени крови она снижается до 148±42 мкмоль/л, а в периферической крови — 79±22 мкмоль/л (J.H.Cummings et al.).

Для примера, около 90% количества пропионовой кислоты метаболизируется печенью, а остальная часть транспортируется в периферическую кровь, где еe количество у человека достигает 6 мкмоль/л, что значительно превышает таковое у бутирата, но ниже, чем у ацетата (Roel J Vonk et al.).

Концентрация КЖК натощак в плазме крови (мкмоль/л)* (C.A. Fisher et al.).

* среднее значение (±SD) [диапазон], n =28.

Таким образом, печень задерживает примерно половину поступивших через колоноцит КЖК, а периферические ткани элиминируют еще одну четверть их. Большая часть уксусной и пропионовой кислот в тканях идёт на синтез глюкозы и небольшая часть (не более 10%) на энергетические нужды.

Так как концентрации короткоцепочечных жирных кислот широко варьируется в кишечнике и переферическом кровообращении, то предлагаем ознакомиться с дополнительными данными о концентрации SCFAs из более свежего обзора от 2020 года по ссылке на его подраздел под названием: Короткоцепочечные жирные кислоты: новый класс ингибиторов гистондеацетилазы

Можно выделить следующие функции КЖК (д.м.н. Ардатская М.Д.):

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот:

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот у здоровых детей в кале и взрослых, мг/г:

• уксусная кислота (C2) — 0,634±0,004
• пропионовая кислота (C3) — 0,189±0,005
• масляная кислота (C4) — 0,176±0,004
• изовалериановая кислота (iC5) — 0,004±0,001
• сумма изокислот (iCn) — 0,059±0,0015

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот у здоровых пациентов в дуоденальном содержимом, мг/г:

• уксусная кислота (C2) — 0,739±0,006
• пропионовая кислота (C3) — 0,149±0,003
• масляная кислота (C4) — 0,112±0,002

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот в ротовой полости, мг/г:

• уксусная кислота (C2) — 0,810±0,009
• пропионовая кислота (C3) — 0,145±0,007
• масляная кислота (C4) — 0,045±0,002
• сумма изокислот (iCn) — 0,050±0,004

СИНТЕЗ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРЫХ КИСЛОТ

В современном понимании процессов в организме человека микрофлора уже выделена как важнейшая адаптационная система. Основным пищевым субстратом для нормофлоры кишечника являются пищевые волокна, расщепленные (ферментированные) сахаролитической микрофлорой до простых углеводов. Именно при гидролизе нерастворимых дисахаридов полезными пробиотическими микроорганизмами (в частности бифидобактериями и пропионовокислыми бактериями) синтезируются КЦЖК – короткоцепочечные жирные кислоты. Вся история с полезной микрофлорой во многом сводится к роли этих жизненно важных для человека метаболитов полезных бактерий.

Таблица 1. Микроорганизмы кишечника, продуцирующие КЦЖК

В верхних отделах толстого кишечника происходит ферментация пищевого химуса и всасывание аминокислот и витаминов, синтезируемых бактериями, а также электролитов и до 95% воды. В дистальных отделах всасывание частично и это больше накопительный орган. Пищевые компоненты в толстом кишечнике расщепляются разнообразными бактериальными ферментами – протеазой и пептидазой, полисахаридазой и гликозидазой до олигомеров (глюкозы и аминокислот), которые, далее, ферментируются до органических кислот, водорода, углекислого газа, метана, воды и короткоцепочных жирных кислот.

Короткоцепочные жирные кислоты — основной продукт микробной ферментации углеводов, жиров и белков. Вырабатываются летучие жирные кислоты, главным образом, анаэробными бактериями (прим.: Анаэробы — это организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода), которые доминируют в составе кишечной микрофлоры. К ним, в частности, относятся бифидо- и пропионовокислые бактерии.

Анаэробные полезные бактерии гидролизуют простые углеводы с образованием короткоцепочечных жирных кислот – уксусной, пропионовой и масляной, а также их производных: ацетата, пропионата, бутирата. Также, например, пропионовокислые бактерии способны превращать молочную кислоту в ацетат (соль уксусной кислоты) и пропионат (соль или эфир пропионовой кислоты).

Неразветвленные летучие жирные кислоты — уксусная, пропионовая и масляная — образуются при анаэробном брожении углеводов, тогда как метаболизация белков ведет к образованию разветвленных кислот — изомасляной (из валина) и изовалериановой (из лейцина). Многие пищевые белки, углеводы и растительная клетчатка не перевариваются человеческими пищеварительными ферментами и не всасываются в тонком кишечнике, а перевариваются бактериями в толстой кишке до летучих жирных кислот, водорода, метана и углекислого газа. Поэтому диета, богатая растительной клетчаткой, способна увеличить образование короткоцепочных жирных кислот в кишечнике.

Основное место производства летучих жирных кислот — кишечник, где ежедневно образуется 200-1000 ммоль КЦЖК. Однако при нарушении баланса микрофлоры синтез указанных летучих компонентов падает, что может привести к различным заболеваниям.

См. также: Применение пропионовокислых бактерий для образования пропионовой кислоты и/или пропионатов в ободочной кишке

ФУНКЦИИ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

На рисунке: Метаболизм короткоцепочечных жирных кислот

О функциональной роли короткоцепочечных жирных кислот, образующихся при микробной ферментации пищевых волокон в кишечнике, см. в обзорной статье:

От пищевых волокон до физиологии хозяина: Короткоцепочечные жирные кислоты как основные бактериальные метаболиты

Короткоцепочечные жирные кислоты быстро всасываются в кровь и являются основным источником энергии для клеток слизистой толстого кишечника. Они стимулируют рост и обновление клеток слизистой (пролиферацию и дифференциацию клеток), образование слизи, кровоток в слизистой, увеличивают всасывание воды и солей (хлорида натрия, калия, магния), регулируют кислотно-щелочной баланс (снижают рН в толстой кишке), поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой кишечника. КЦЖК – главный источник дыхательного субстрата и ацетил-коэнзима А, необходимых для метаболизма в клетках слизистой, для синтеза липидов и строительства клеточных мембран, для сохранения целостности клеток слизистой и регенерации клеток тканей. 

 Говоря о значении КЦЖК для макроорганизма (человеческого организма), выделяют их участие в следующих важных процессах:

1..Регуляция состава микрофлоры. КЦЖК обладают известной антибактериальной активностью. Благодаря этому они могут служить важным фактором в поддержании баланса микробной экосистемы. Они могут как препятствовать колонизации кишечника патогенными микроорганизмами, например, шигелламии сальмонеллами, так и служить промоторами роста некоторых анаэробных бактерий.

2..Поддержание водно-электролитного баланса в просвете кишки. Вместе с КЦЖК всасываются ионы натрия, калия, хлора и воды. От всасывания КЦЖК зависит содержание карбонатов в просвете кишечника и рН кишечного содержимого.

3..Поддержание энергообмена. Хотя истинный вклад этих кислот в энергетический баланс человека не установлен, полагают, что он составляет до 20-25% ежедневной потребности, особенно если пища богата растительной клетчаткой. Особенно велика роль кислот с четным числом атомов углерода — уксусной, масляной и капроновой кислот.

4..Питание и рост кишечного эпителия. КЦЖК, особенно масляная кислота, являются основным источником питания колоноцитов, обеспечивая их энергией почти на 70%. КЦЖК стимулируют пролиферацию кишечного эпителия. Их отсутствие в просвете кишки или нарушение утилизации колоноцитами приводит к развитию язвенного колита и других воспалительных заболеваний кишечника.

5..Антиканцерогенное действие. Недавние исследования показали, что пропионовокислые батерии могут использоваться как эффективные пробиотики в профилактике рака кишечника через их способность синтезировать апоптоз-индуцирующие короткоцепочечные жирные кислоты. Как известно, молочные ПКБ путем ферментации пищевых волокон вырабатывают пропионовую кислоту (пропионат) и уксусную кислоту (ацетат). Как было установлено, ПКБ действуя на митохондрии через эти короткоцепочечные жирные кислоты, индуцируют апоптоз клеток колоректального рака. Апоптоз — это один из основных механизмов самопрофилактики онкологических заболеваний. Многочисленные исследования показали также защитную роль и масляной кислоты в отношении появления и роста раковой опухоли толстого кишечника. Возможно, во всем этом и заключается антиканцерогенное действие диеты, богатой растительной клетчаткой.

Регуляция генов

Имеются сведения, что короткоцепочечные жирные кислоты могут перемещаться из бактерий и в наши собственные клетки. Внутри наших клеток они могут инициировать процессы, которые изменяют активность генов и, в конечном счете, влияют на поведение наших клеток. Исследования показывают, что короткоцепочечные жирные кислоты увеличивают количество химических маркеров на наших генах. Химические сообщения от бактерий могут изменить местоположение ключевых химических маркеров по всему геному человека. Своими жирными кислотами бактерии могут отключать одну из гистоновых деацетилаз – HDAC2. В итоге с гистонов никто не снимает «кислотные» метки (остатки КЦЖК, которые навесили на них другие ферменты). Такие «меченые» гистоны связываются с ДНК иначе, чем «чистые» гистоны, и особым образом настраивают активность генов. Общаясь таким образом, бактерии могут помочь бороться с инфекциями и предотвращать рак.

 Формирование и укрепление костей

Имеются сведения об участии КЦЖК в регуляции формирования прочных костей и их защите от патологического разрушения. В экспериментах на мышах было установлено, что лечение короткоцепочечными жирными кислотами (в частности, пропионовй и масляной) значительно увеличивает костную массу и предотвращает постменопаузальный остеопороз и воспалительно-индуцированную потерю костной массы.

Небезрезультатно исследуется роль КЦЖК в патогенезе разных других патологических состояний:

колоректальной аденомы, анемии, артериальной гипертензии, антибиотик-ассоциированной диареи, интоксикационного синдрома, болезни оперированного кишечника, синдрома мальабсорбции, рака яичников, развитие которых связывают с недостаточностью КЦЖК.

Специалисты уже сегодня считают методы профилактики и комплексной терапии вышеуказанных заболеваний с использованием продуцентов КЦЖК (пробиотической стимуляции, например, с помощью ПКБ), непосредственно КЦЖК или диетической стимуляции микрофлоры растительной клетчаткой весьма эффективными, тем более при этом наблюдается выраженное иммунотропное воздействие.

ИММУНИТЕТ, КЦЖК И ПРЕБИОТИКИ.

В последние годы проведено достаточно большое количество исследований, показывающих, что КЦЖК — реально активные модуляторы деятельности иммунной системы макроорганизма. Кишечник обладает собственной лимфоидной тканью, доказана роль КЦЖК в активации местного и системного иммунитета. Не исключено, что именно эта их способность со временем выйдет на первый план в понимании значения КЦЖК в жизни человека и его микрофлоры. Стоит отметить, что в данном аспекте большую роль играют пребиотики, т.к. для поддержания микробного баланса в толстой кишке и образования КЦЖК и их солей необходима активная бактериальная ферментация различных олиго- и полисахаридов. Собственные микроорганизмы хозяина вырабатывают в толстом кишечнике специальные ферменты, которые расщепляют пребиотические вещества путем анаэробного их брожения, выделяя при этом энергию для своего роста и размножения, а также органические кислоты (КЦЖК), препятствующие развитию патогенных микроорганизмов (рис.2), и создающие благоприятную среду для развития бифидофлоры. Такая стимуляция приводит к одной из наиболее важных метаболических реакций — регулированию иммунного статуса, механизм которой представлен на рис. 3. 

Рис. 2. Механизм позитивного действия пребиотиков на гомеостаз кишечника. КЦЖК* — короткоцепочечные жирные кислоты

Рис. 3. Влияние стимуляции бифидофлоры на иммунный статус. ДК — дендритная клетка; М-клетка — микроскладчатая клетка; Тs-Т-супрессор; Тх1 и Тх2- Т-хелперы 1,2; Ил-10 и Ил-12 — интерлейкины; ТГФ-бета — трансформирующий фактор роста Т-лимфоцитов; ИФН-гамма — интерферон

О действии короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) в результате ПРЕбиотического воздействия см. подробнее по ссылке:

Механизм действия пребиотиков

Противоопухолевая активность. При исследовании противоопухолевой активности ЛЖК было получено много фактов, свидетельствующих об их способности влиять на экспрессию (активность) генов в энтероцитах (общее название ряда клеток эпителия кишечника), путем запуска каскада внутриклеточных реакций, приводящих к запрограммированной гибели опухолевой (раковой) клетки. Все это дает основания рассматривать пробиотические продукты питания в качестве перспективных средств профилактики онкологических заболеваний (в частности рака кишечника). Дополн. см.: антиканцерогенное действие.

Таблица 2. Некоторые эффекты, оказываемые КЦЖК

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ И КИШЕЧНЫЙ ЭПИТЕЛИЙ

Эпителий, или эпителиальная ткань — слой клеток, выстилающий поверхность (эпидермис) и полости тела, а также слизистые оболочки внутренних органов, пищевого тракта, дыхательной системы, мочеполовые пути. Кроме того, образует большинство желёз организма.

Эпителиальные клетки — основное место контакта микрофлоры и хозяина. Самое уязвимое звено — эпителий толстого кишечника, где практически один ряд клеток отграничивает внутреннюю стерильную среду от бактериальной пленки, в которой концентрация бактерий достигает 10¹² на 1 мл.

Эпителиальные клетки — первое звено противоинфекционной защиты и во многом от успешности их работы зависит, живет ли хозяин с микрофлорой в состоянии мира или войны. Летучие жирные кислоты играют определяющую роль в нормальном функционировании эпителия. Достаточно лишь того факта, что КЦЖК являются для эпителиальных клеток основным энергетическим субстратом. Сжигая КЦЖК в пероксисомах, эпителиальные клетки получают до 70% необходимой энергии.

Муциновый слой слизистой оболочки. Бактерии — комменсалы толстой кишки в ходе катаболизма неперевариваемых в тонкой кишке углеводов (т.н. пищевых волокон) образуют короткоцепочечные жирные кислоты, такие как ацетат, пропионат и бутират, которые повышают продукцию муцинов и защитную функцию эпителия.

Пролиферативная активность. Короткоцепочные жирные кислоты оказывают выраженное действие на пролиферативную активность эпителия кишечника (прим.: Пролиферация (от лат. proles — отпрыск, потомство и fero — несу) — разрастание ткани организма путём размножения клеток делением или новообразование (обновление) клеток и внутриклеточных структур (митохондрий, эндоплазматической сети, рибосом и др.). Лежит в основе роста и дифференцировки тканей, обеспечивает непрерывное обновление структур организма.

Чем больше концентрация КЦЖК в просвете кишечника, тем выраженнее должны идти пролиферативные процессы в стволовых клетках эпителия, тем стабильнее должна быть барьерная (защитная) функция слизистой.

ЗАЩИТА ОТ ВОСПАЛЕНИЙ

Противовоспалительная функция. Летучие жирные кислоты являются важными регуляторами антибактериальной защиты в полимикробных воспалительных процессах, протекающих с участием анаэробов, «прикрывая» классических возбудителей от защитных реакций макроорганизма.

Анаэробные бактерии живут с макроорганизмом в едином тесном симбиозе. Основная роль этих кислот в мирное время, это — сдерживание реактивных сил макроорганизма от конфликта с микрофлорой. КЦЖК вырабатываются ежедневно и, всасываясь, достигают в тканях кишечника достаточных концентраций для эффективного подавления активности местных тканевых макрофагов, лимфоцитов и других клеток, способных вызывать воспаление. Поэтому не наблюдается постоянного процесса активации защитных реакций в месте контакта микрофлоры с внутренней средой организма. Хотя не будь такого сдерживающего фактора, воспаление было бы неминуемо.

Таким образом, короткоцепочные жирные кислоты — противовоспалительный фактор, в норме выполняющий физиологическую противовоспалительную роль в поддержании гомеостаза (нормального состояния и количества) малых молекул микробного происхождения в организме хозяина.

Иными словами,  короткоцепочные (летучие) жирные кислоты обеспечивают защиту полезной микрофлоры от защитных реакций своего же организма — хозяина (что-то напоминает распознавание по принципу «свой-чужой»).

КОЛОНИЗАЦИОННАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ — ЗАЩИТА ОТ ПАТОГЕНОВ И ТОКСИНОВ

Колонизационная резистентность. Нарушение колонизационной резистентности считают одним из наиболее вероятных пусковых механизмов развития различных нарушений в органах и тканях. Секретированные в просвет кишечника летучие жирные кислоты регулируют рН (создают слабокислую среду) и тем обеспечивают колонизационную резистентность

Колонизационная резистентность – это совокупность механизмов, придающих стабильность нормальной микрофлоре и обеспечивающих предотвращение колонизации организма человека посторонними микроорганизмами.

Именно при участии нормофлоры и её короткоцепочечных жирных кислот происходит переваривание (ферментация) поступивших веществ, всасывание их через биопленку микроколоний полезных бактерий. Моноформы веществ поступают в кровь и в печень, где вступают в белковый, жировой, углеводный, витаминный и минеральный обмены.

В случае снижения колонизационной резистентности  происходят неблагоприятные изменения в составе микрофлоры кишечника (в частности, уменьшается  лакто- и бифидофлора) и, как следствие, нарушаются процессы гепатоэнтеральной регуляции (происходит сбой нормальной работы печени). Это приводит к нарушению метаболических процессов, накапливаются токсины и метаболические шлаки, снижается питание и поступление энергии в клетки, что приводит к повреждению клеток тканей, ухудшению их функции и структуры, и как следствие снижения их защиты, к развитию воспалительного процесса. Но и разорвать этот порочный замкнутый круг нарушений в системе кишечник-печень можно – восстанавливая микрофлору кишечника и улучшая функцию клеток печени.

Детоксикация и подавление патогенов. При взаимодействии здоровой кишечной микрофлоры и печени активно происходят процессы метаболизма и детоксикации, очищения организма. В результате обеспечения колонизационной резистентности тормозится рост и размножение патогенных штаммов бактерий, которые в большинстве питаются белковыми субстратами – обладают протеолитическим метаболизмом. Это способствует подавлению гнилостных процессов и уменьшению образования аммиака, сульфидов, эндогенных канцерогенов, ароматических аминов.

Следует также отметить, что КЦЖК (уксусная, масляная и пропионовая кислоты) в отношении патогенных микроорганизмов (клебсиелл, протеев, псевдоманад, грамотрицательных энтеробактерий и др.) обладают выраженным антимикробным эффектом (См. доп.: Клетчатка защищает от патогенов).

Моторика и перистальтика. Очень важный механизм – участие КЖК в регуляции кишечной моторики, поддержание активной перистальтики, что способствует и осуществлению дезинтоксикационной функции – выведению продуктов метаболизма белков, токсинов, канцерогенов.

ВЫВОДЫ: Итак, КЦЖК продуцируются микробиотой толстой кишки в результате ферментации полисахаридов и других неперевариваемых в тонкой кишке веществ. Собственные микроорганизмы хозяина расщепляют полисахариды путем анаэробного их брожения. Бактериальная ферментация приводит к образованию КЦЖК и их солей, в основном ацетата, пропионата и бутирата, а также газов: двуокиси углерода, водорода, метана, аммиака, оксида азота. Колоноциты утилизируют жирные кислоты с короткой цепью для собственных энергетических потребностей и других целей.

Таким образом, ≪производителем≫ короткоцепочечных жирных кислот являются собственные анаэробные бактерии толстой кишки, которые расщепляют растительные волокна и в течение суток синтезируют из них более 300 ммоль/л КЦЖК. Однако, если баланс микрофлоры нарушен, то продуцирование КЦЖК также будет иметь большие проблемы. В связи с этим нормализация микрофлоры толстого кишечника пробиотиками и пребиотиками позволяет стимулировать синтез короткоцепочечных жирных кислот, что обеспечивает защититу организма от проникновения патогенов и токсинов в кровь, а также помогает предотвратить возникновение различных воспалительных процессов за счет поддержания микробного равновесия и целостности слизистой кишечника.

См. также:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

1. ПРОБИОТИКИ
2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
3. БИФИКАРДИО
4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
5. ПРОПИОНИКС
6. ЙОДПРОПИОНИКС
7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
8. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
9. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
10. БИФИДОБАКТЕРИИ
11. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
12. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
13. СИНБИОТИКИ
14. РОЛЬ МИКРОБИОМА В ТЕРАПИИ РАКА
15. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
16. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
17. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
18. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
19. МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА
20. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
21. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
22. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
23. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
24. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
25. МИКРОБИОМ И АУТОИММУННЫЕ БОЛЕЗНИ
26. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
27. ПРОБИОТИКИ, БЕРЕМЕННОСТЬ, РОДЫ
28. ДИСБАКТЕРИОЗ
29. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
30. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
31. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
32. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
33. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
34. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
35. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
36. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
37. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
38. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
39. НОВОСТИ

Кислотно-щелочной стол

Кислотно-щелочной стол

Кислотно-щелочной стол

кислотно-основных пар, сила кислот и оснований и pH

Кислотно-основные пары,
Сила кислот и оснований и pH

Кислотно-щелочной конъюгат
Пар

Кислоты и основания существуют как сопряженных кислотно-основных пар .В
термин конъюгат происходит от латинского корня, означающего
«соединены вместе» и относятся к тому, что соединено,
особенно парами, такими как кислоты и основания Бренстеда.

Каждый раз, когда кислота Бренстеда действует как H ⁺ -ион
донор, он образует сопряженное основание. Представьте себе обычную кислоту, HA.
Когда эта кислота отдает воде ион H ⁺ , один продукт
реакции представляет собой ион A ^— , который является ионом водорода
акцептор или основание Бренстеда.

И наоборот, каждый раз база
приобретает ион H ⁺ , продукт представляет собой кислоту Бренстеда, HA.

Кислоты и основания в модели Брнстеда
поэтому существуют как сопряженные пары, формулы которых связаны соотношением
приобретение или потеря иона водорода.

Мы используем символы HA и A ^—
для сопряженной пары кислота-основание не означает, что все кислоты
нейтральные молекулы или что все основания являются отрицательными ионами. Это
означает только, что кислота содержит ион H ⁺ , который
нет в сопряженной базе. Кислоты или основания Бренстеда могут
быть нейтральными молекулами, положительными ионами или отрицательными ионами. Разные
Кислоты Бренстеда и их сопряженные основания приведены в таблице.
ниже.

Типичный Брнстед
Кислоты и их сопряженные основания

Соединение может быть как кислотой Бренстеда
и база Брнстеда.H ₂ O, OH ^— , HSO ₄ ^— ,
и NH ₃ , например, можно найти в обоих столбцах в
таблица выше. Вода — прекрасный пример такого поведения
потому что он одновременно действует как кислота и основание, когда он
образует ионы H ₃ O ⁺ и OH ^— .

Сильный
и слабые кислоты и основания

Многие хозяйственные магазины продают «муриатический»
кислота»
6 M раствор соляной кислоты HCl ( водн. ) в
чистые кирпичи и бетон.В продуктовых магазинах продается уксус, который
a 1 M раствор уксусной кислоты: CH ₃ CO ₂ H.
Хотя оба вещества являются кислотами, соляную кислоту использовать нельзя.
кислота в заправке для салатов, а уксус неэффективен для очистки
кирпичи или бетон.

Разница между ними в том, что
соляная кислота — сильная кислота , а уксус — слабая
Кислота . Соляная кислота сильна, потому что она очень хороша в
перенос иона H ⁺ на молекулу воды.В 6 M
раствор соляной кислоты, 99,996% молекул HCl вступают в реакцию
с водой для образования H ₃ O ⁺ и Cl ^—
ионы.

HCl ( водн., ) +
H ₂ O ( л ) H ₃ O ⁺ ( водн. )
+ Cl ^— ( водн. )

Уксус — слабая кислота, потому что
он не очень хорошо переносит ионы H ⁺ в воду.
В растворе 1 M меньше 0.4% CH ₃ CO ₂ H
молекулы реагируют с водой с образованием H ₃ O ⁺ и
CH ₃ CO ₂ ^— ионов.

CH ₃ CO ₂ H ( водн. ) + H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + CH ₃ CO ₂ ^— ( водн. )

Более 99,6% молекул уксусной кислоты
остаются нетронутыми.

The
Константа равновесия диссоциации кислоты, K _a

Относительная сила кислот
часто описывается в терминах кислотной диссоциации
константа равновесия , K _a . К
понять природу этой константы равновесия, давайте предположим
что реакция между кислотой и водой может быть представлена ​​как
следующее общее уравнение.

Другими словами, некоторые из HA
молекулы реагируют с образованием H ₃ O ⁺ и A ^—
ионы, как показано на рисунке ниже.

По соглашению
концентрации этих ионов в молях на литр равны
представлены символами [H ₃ O ⁺ ] и [A ^— ].
Концентрация молекул ГК, остающихся в растворе, равна
представлен символом [HA].

Значение K _a
для кислоты рассчитывается по следующему уравнению.

Когда сильная кислота растворяется в
вода, кислота активно реагирует с водой с образованием H ₃ O ⁺
и ионов A ^— .(Только небольшая остаточная концентрация
молекулы ГК остаются в растворе).
концентрации H ₃ O ⁺ и A ^—
поэтому намного больше, чем концентрация HA
молекул, поэтому K _a для сильной кислоты
больше 1.

Пример: соляная кислота имеет
a K _a примерно 1 x 10 ⁶ .

Слабые кислоты, с другой стороны,
незначительно реагирует с водой.Произведение концентраций
ионов H ₃ O ⁺ и A ^— составляет
поэтому меньше, чем концентрация остаточной ГК
молекулы. В результате K _a для слабого
кислота меньше 1.

Пример: уксусная кислота имеет K _a
всего 1,8 x 10 ^-5 .

K _a банка
поэтому может использоваться для различения сильных кислот и слабых
кислоты.

The
Относительные силы конъюгированных кислотно-основных пар

• Сильные кислоты
  имеют слабое сопряженное основание.

Пример: HCl — сильная кислота.
Если HCl — сильная кислота, она должна быть хорошим донором протонов. HCl может
быть хорошим донором протонов, однако, если ион Cl ^—
является плохим акцептором протонов. Таким образом, ион Cl ^— должен быть
слабая база.

• Прочные основания
  имеют слабую сопряженную кислоту .

Пример. Рассмотрим
соотношение между концентрацией аммония (NH ₄ ⁺ )
и его сопряженное основание, аммиак (NH ₃ ). NH ₄ ⁺
ион — слабая кислота, потому что аммиак — достаточно хорошее основание.

Сравнение
Относительная сила пар кислот и оснований

Значение K _a
для кислоты можно использовать, чтобы решить, является ли она сильной кислотой или
слабая кислота в абсолютном смысле.Его также можно использовать для
сравните относительную силу пары кислот.

Пример: рассмотрим HCl и H ₃ O ⁺
ион.

Эти K _a
значения предполагают, что оба являются сильными кислотами, но HCl является более сильным
кислоты, чем ион H ₃ O ⁺ .

Высокая доля HCl
молекулы в водном растворе реагируют с водой с образованием H ₃ O ⁺
и ионов Cl ^— . Теория Брнстеда предполагает, что каждый
кислотно-основная реакция превращает кислоту в сопряженное основание и
основание в его сопряженную кислоту.

Есть две кислоты и две
оснований в этой реакции. Однако более сильная кислота находится на
левая часть уравнения.

Общие правила предполагают, что
более сильная из пары кислот должна образовывать более слабую из пары
сопряженные основания.Тот факт, что HCl является более сильной кислотой, чем H ₃ O ⁺
ion означает, что ион Cl ^— является более слабым основанием, чем
вода.

Таким образом, уравнение для
реакцию HCl с водой можно записать следующим образом.

Неудивительно, что
99.996% молекул HCl в растворе 6 M реагируют с
вода с образованием ионов H ₃ O ⁺ и Cl ^—
ионы. Более сильная из пары кислот должна реагировать с
более сильная пара оснований с образованием более слабой кислоты и более слабой
база.

Давайте посмотрим на относительную
сильные стороны уксусной кислоты и иона H ₃ O ⁺ .

Значения K _a
для этих кислот предполагают, что уксусная кислота является гораздо более слабой кислотой
чем ион H ₃ O ⁺ , что объясняет, почему
уксусная кислота — это слабая кислота в воде. И снова реакция
между кислотой и водой должно превратить кислоту в ее
конъюгировать основание и основание в его конъюгат с кислотой.

Но на этот раз сильнее
кислота и более сильное основание находятся в правой части уравнения.

В результате только несколько из CH ₃ CO ₂ H
молекулы фактически отдают ион H ⁺ воде
молекула с образованием H ₃ O ⁺ и CH ₃ CO ₂ ^—
ионы.

Величина К _а
также можно использовать для объяснения того, почему некоторые соединения, которые квалифицируются как
Кислоты или основания Бренстеда не действуют как кислоты или основания, когда они
растворить в воде. При значении K _a
для кислоты относительно большой, кислота реагирует с водой до тех пор, пока
практически все молекулы кислоты были израсходованы.
Серная кислота ( K _a = 1 x 10 ³ ),
например, реагирует с водой до 99.9% H ₂ SO ₄
молекулы в растворе 1 M потеряли протон с образованием HSO ₄ ^—
ионы.

H ₂ SO ₄ ( водн. )
+ H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + HSO ₄ ^— ( водн. )

As K _a
становится меньше, степень реакции кислоты с водой
уменьшается.

До K _a
для кислоты значительно больше, чем значение K _a
для воды кислота в некоторой степени ионизируется. Уксусная кислота, для
Например, до некоторой степени реагирует с водой с образованием H ₃ O ⁺
и CH ₃ CO ₂ ^—, или ацетат-ионы.

CH ₃ CO ₂ H ( водн. )
+ H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + CH ₃ CO ₂ ^— ( водн. )

Как K _a
значение для кислоты приближается к K _a для
вода, соединение становится более похожим на воду по кислотности.Хотя это все еще кислота Бренстеда, она настолько слабая, что мы можем
невозможно обнаружить эту кислотность в водном растворе.

Некоторые потенциальные кислоты Бренстеда
настолько слабы, что их значения K _a
меньше, чем у воды. Аммиак, например, имеет K _a
всего 1 х 10 ^-33 . Хотя NH ₃ может быть
Кислота Бренстеда, поскольку она может действовать как
донор иона водорода, нет никаких доказательств этой кислотности, когда он
растворяется в воде.

The
Выравнивающий эффект воды

Все сильные кислоты и основания кажутся
иметь одинаковую крепость при растворении в воде, независимо от
значение K _a . Это явление
известный как эффект выравнивания воды
склонность воды ограничивать силу сильных кислот и
базы. Мы можем объяснить это, заметив, что сильные кислоты реагируют
обильно водой с образованием H ₃ O ⁺
ион.Более 99% молекул HCl в соляной кислоте
реагирует с водой с образованием H ₃ O ⁺ и Cl ^—
ионы, например,

HCl ( г )
+ H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + Cl ^— ( водн. )

и более 99% H ₂ SO ₄
молекулы в растворе 1 M реагируют с водой с образованием H ₃ O ⁺
ионы и HSO ₄ ^— ионов.

H ₂ SO ₄ ( водн. )
+ H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + HSO ₄ ^— ( водн. )

Таким образом, сила сильного
кислоты ограничено силой кислоты (H ₃ O ⁺ )
образуется, когда молекулы воды захватывают ион H ⁺ .

Подобное явление происходит в
решения сильных оснований.Сильные основания количественно реагируют с
вода с образованием иона OH ^— . Как только это произойдет,
решение не может стать более простым. Сила сильного
баз ограничено прочностью основания (OH ^— )
образуется, когда молекулы воды теряют ион H ⁺ .

The
Преимущества определения Брнстеда

Определение Брнстеда
кислоты и основания имеют много преимуществ перед аррениусовыми и
операционные определения.

• Расширяет список
  потенциальные кислоты включают положительные и отрицательные ионы, так как
  а также нейтральные молекулы.
• Расширяет список
  основания для включения любой молекулы или иона по крайней мере с одним
  пара несвязывающих валентных электронов.
• Это объясняет роль
  вода в кислотно-основных реакциях: вода принимает H ⁺
  ионы из кислот с образованием H ₃ O ⁺
  ион.
• Его можно расширить до
  включают растворители, отличные от воды, и реакции, которые
  происходят в газовой или твердой фазах.
• связывает кислоты и основания
  на сопряженные кислотно-основные пары.
• Это может объяснить
  соотношение между силой кислоты и ее
  сопряженное основание.
• Он может объяснить различия
  в относительной силе пары кислот или пары
  базы.
• Это может объяснить
  выравнивающий эффект воды
  тот факт, что сильные кислоты и основания имеют одно и то же
  прочность при растворении в воде.

Благодаря этим преимуществам,
всякий раз, когда химики используют слова кислота или основание
без какого-либо дальнейшего описания, они относятся к
Brnsted acid или Brnsted base .

pH
Как мера концентрации H ₃ O ⁺
Ион

Чистая вода одновременно является слабой кислотой
и слабая база.Сама по себе вода образует очень небольшое количество
ионов H ₃ O ⁺ и OH ^— , которые
характеризуют водные растворы более сильных кислот и оснований.

Концентрации H ₃ O ⁺
и ионы OH ^— в воде могут быть определены тщательным
измерение способности воды проводить электрический ток.В
25 ^o C, концентрации этих ионов в чистой воде
составляет 1,0 x 10 ^-7 моль на литр.

[H ₃ O ⁺ ]
= [OH ^— ] = 1,0 x 10 ^-7 M (при 25 ° C)

Когда мы добавляем сильную кислоту в
вода, концентрация ионов H ₃ O ⁺
увеличивается.

HCl ( водн., ) +
H ₂ O ( л )
H ₃ O ⁺ ( водн. ) + Cl ^— ( водн. )

В то же время OH ^—
концентрация ионов уменьшается, поскольку H ₃ O ⁺
ионы, образующиеся в этой реакции, нейтрализуют часть OH ^—
ионы в воде.

H ₃ O ⁺ ( водн. )
+ OH ^— ( водн. )
2 H ₂ O ( л )

Продукт
концентрации H ₃ O ⁺ и OH ^—
ионов постоянно, независимо от того, сколько кислоты или основания добавлено к
вода. В чистой воде при 25 ^o C продукт
концентрация этих ионов составляет 1,0 x 10 ^-14 .

[H ₃ O ⁺ ] [OH ^— ]
= 1.0 х 10 ^-14

Диапазон концентраций H ₃ O ⁺
и ионов OH ^— в водном растворе настолько велики, что
с ним сложно работать. В 1909 году датский биохимик С.П.Л.
Соренсон предложил указывать концентрацию H ₃ O ⁺
ion в логарифмической шкале, которую он назвал шкалой pH .
Поскольку концентрация ионов H ₃ O ⁺ в воде
почти всегда меньше единицы, логарифм этих концентраций
отрицательное число.Чтобы избежать постоянной работы с
отрицательные числа, Соренсон определил pH как отрицательное значение журнала
концентрации ионов H ₃ O ⁺ .

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]

Концепция pH-компрессов
диапазон концентраций ионов H ₃ O ⁺ в
масштаб, с которым намного проще обращаться. Как H ₃ O ⁺
концентрация ионов снижается примерно с 10 ⁰ до 10 ^-14 ,
pH раствора увеличивается от 0 до 14.

Если концентрация H ₃ O ⁺
ион в чистой воде при 25 ^o C составляет 1,0 x 10 ^-7 M ,
pH чистой воды 7.

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]
= -log (1,0 x 10 ^-7 ) = 7

Когда pH раствора
менее 7, раствор кислый. Когда pH больше 7,
решение простое.

pH
кислот и оснований обыкновенных

pH раствора зависит от
сила кислоты или основания в растворе.Измерения
поэтому pH разбавленных растворов являются хорошими индикаторами
относительная сила кислот и оснований. Значения pH 0,10 M
растворы ряда распространенных кислот и оснований приведены в
Таблица ниже.

pH 0,10 М растворов обычных кислот и оснований

Сильные и слабые кислоты и основания

Сильная кислота или сильное основание полностью ионизируется (диссоциирует) в растворе.В воде один моль сильной кислоты HA растворяется с образованием одного моля H + (в виде иона гидроксония H ₃ O ⁺ ) и одного моля сопряженного основания A ^—. По сути, не остается неионизированной кислоты ГК.

Сильная кислота: HA + H ₂ O → A ^— (водн.) + H ₃ O ⁺ (водн.)

Сильное основание: BOH + H ₂ O → B ⁺ ( водн.) + OH ^— (водн.)

Примеры сильных кислот и оснований приведены в таблице ниже.В водном растворе каждый из этих по существу ионизирует 100%.

Слабая кислота или слабое основание только частично диссоциирует . В состоянии равновесия в растворе присутствуют как кислота, так и сопряженное основание

Слабая кислота: AH + H ₂ O ↔ A ^— (водн.) + H ₃ O ⁺ (водн.)

Слабое основание: BOH + H ₂ O ↔ B ⁺ (водный) + OH ^— (водный) или

B + H ₂ O ↔ BH ⁺ (водный) + OH ^— (водн.)

Примеры слабых кислот и оснований приведены в таблице ниже.

Более сильные кислоты имеют большую константу кислотной диссоциации (Ka) и меньшую логарифмическую константу (pKa = −log Ka), чем более слабые кислоты. Чем сильнее кислота, тем легче она теряет протон H +.

Двумя ключевыми факторами, которые способствуют легкости депротонирования, являются полярность связи H-A и размер атома A, который определяет прочность связи H-A. Сила кислоты также зависит от стабильности конъюгированной основы.

См. Также Кислотно-основные свойства водных растворов солей с ионами кислот и оснований, Буферные растворы, pKa неорганических кислот и оснований, pKa фенолов, спиртов и карбоновых кислот и pKa аминов, диаминов и циклических органических соединений азота , а также кислотно-щелочные индикаторы pH или значения pH некоторых растворов кислот и оснований.

9000Cl51919 Гидроцикл

95

Кислота

Все кислоты и основания не ионизируются и не диссоциируют до е такой же степени.Это приводит к утверждению, что не все кислоты и основания имеют одинаковую силу при образовании ионов H ⁺ и OH ^— в растворе. Термины «сильный» и «слабый» указывают на силу кислоты или основания. Термины сильный и слабый описывают способность кислотных и основных растворов проводить электричество. Если кислота или основание сильно проводят электричество, это сильная кислота или основание. Если кислота или основание слабо проводят электричество, это слабая кислота или основание.

Демонстрация кислотной и щелочной проводимости

Инструктор проверит проводимость различных растворов с помощью электролампочки.Цепь лампочки неполная. Если цепь замыкается раствором, содержащим большое количество ионов, лампочка будет ярко светиться, указывая на сильную способность проводить электричество, как показано для HCl. Если цепь замыкается раствором, содержащим большое количество молекул и либо без ионов, либо с небольшим количеством ионов, раствор не проводит или проводит очень слабую проводимость, как показано для уксусной кислоты.

Кислота или основание, которые сильно проводят электричество, содержат большое количество ионов и называются сильной кислотой или основанием , а кислота или основание, которые проводят электричество только слабо, содержат только несколько ионов и называются слабой кислотой или основанием .

Прочность сцепления

Сила связи кислот и оснований определяется относительным количеством молекул и ионов, присутствующих в растворе.Облигации представлены как:

, где A — отрицательный ион, а M — положительный ион

• Сильные кислоты содержат в основном ионы в растворе, поэтому связи, удерживающие H и A вместе, должны быть слабыми. Сильные кислоты легко распадаются на ионы.
• Слабые кислоты существуют в основном в виде молекул с небольшим количеством ионов в растворе, поэтому связи, удерживающие H и A вместе, должны быть прочными. Слабые кислоты не легко распадаются в виде ионов, но остаются связанными вместе в виде молекул.

Принцип прочности связи

Кислоты или основания с сильными связями существуют преимущественно в виде молекул в растворах и называются «слабыми» кислотами или основаниями.Кислоты или основания со слабыми связями легко диссоциируют на ионы и называются «сильными» кислотами или основаниями.

Кислоты и основания ведут себя в растворе по-разному в зависимости от их силы. {-} (водн.) + H3O (l)} \ nonumber \]

Термины «сильный» и «слабый» в этом контексте не относятся к тому, насколько вещество едкое или едкое, а относятся только к его способности ионизироваться в воде.Способность вещества разъедать другие материалы или повреждать кожу больше зависит от свойств этой кислоты, а также от ее концентрации. Хотя сильные кислоты более опасны при более низких концентрациях, сильная кислота не обязательно опаснее слабой. Например, фтористоводородная кислота является слабой кислотой ¹ , но она чрезвычайно опасна, и с ней следует обращаться с большой осторожностью. Плавиковая кислота особенно опасна, потому что она способна проедать стекло, как видно на видео в разделе ссылок ^V1 .Процент диссоциации кислоты или основания математически обозначается константой ионизации кислоты (K _a ) или константой ионизации основания (K _b ) ¹ . Эти термины относятся к соотношению реагентов и продуктов в равновесии, когда кислота или основание реагируют с водой. {+}}]} {\ ce {B}} \]

, где B — концентрация основания при равновесии, а HB ⁺ — концентрация его сопряженной кислоты при равновесии

Чем сильнее кислота, тем ниже pH ее раствора.pH рассчитывается путем отрицательного логарифма концентрации ионов гидроксония. Для сильных кислот вы можете рассчитать pH, просто взяв отрицательный логарифм их молярности, поскольку они полностью диссоциируют на сопряженное основание и гидроксоний. То же самое и с сильными основаниями, за исключением того, что отрицательный логарифм дает pOH, а не pH. Для слабых кислот и оснований, чем выше K _a или K _b , тем более кислотный или щелочной раствор. Чтобы найти pH для слабой кислоты или основания, вы должны использовать уравнение K и таблицу RICE для определения pH.-]} {[HA]} \]

, где каждый термин в квадратных скобках представляет концентрацию этого вещества в растворе.

Связь K _w , K _b , K _a

\ [K_w = K_a \ times K_b \ nonumber \]

Неполный список сильных кислот: соляная кислота (HCl), азотная кислота (HNO ₃ ), хлорная кислота (HClO ₄ ), серная кислота (H ₂ SO ₄ )

Неполный список сильных оснований: гидроксид натрия (NaOH), гидроксид бария (Ba (OH) ₂ ), гидроксид кальция (Ca (OH) ₂ ), гидроксид лития (LiOH) (гидроксиды элементов I и II групп вообще сильные основания)

Неполный список слабых кислот: уксусная кислота (CH ₃ COOH), угольная кислота (H ₂ CO ₃ ), фосфорная кислота (H ₃ PO ₄ )

Неполный список слабых оснований: аммиак (NH ₃ ), карбонат кальция (CaCO ₃ ), ацетат натрия (NaCH ₃ COO)

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Найдите pH 0.5 граммов HCl, растворенных в 100 мл воды:

Решение

Сначала найдите моль кислоты:

г / молярная масса =

моль

0,5 г / (36,5 г / моль) = 0,014 моль HCl

Затем найдите молярность:

моль / объем = молярность

0,014 моль / 0,100 L = 0,14 M

HCl — сильная кислота и полностью диссоциирует в воде, поэтому pH будет равен отрицательному логарифму концентрации HCl

pH = -log (H ₃ O ⁺ )

pH = -log (0.14) = 0,85

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Значение K _a для уксусной кислоты составляет 1,76 * 10 ^-5 , а значение K _a для бензойной кислоты составляет 6,46 * 10 ^-5 , если приготовлены два раствора, по одному из каждой кислоты, с равные концентрации, какая из них будет иметь более низкий pH?

Решение

Значение K _a является мерой соотношения между реагентами и продуктами в состоянии равновесия. Для кислоты реакция будет HA + H ₂ O -> A ^— + H ₃ O ⁺ .PH основан на концентрации иона гидроксония (H ₃ O ⁺ ), который является продуктом реакции кислоты и воды. Более высокое значение K _и означает более высокое отношение реагентов к продуктам, поэтому кислота с более высоким значением K _и будет производить больше гидроксония и, следовательно, иметь более низкий pH. Следовательно, раствор бензойной кислоты будет иметь более низкий pH.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Значение аммония K _a (NH ₄ ⁺ ) равно 5.6 * 10 ^-10 , значение K _b аммиака (NH ₃₎ 1,8 * 10 ^-5 , является ли аммоний более сильнокислой кислотой, чем аммиак, является основным?

Решение

Относительная сила кислоты или основания зависит от того, насколько велико ее значение K _a или K _b , в этом случае значение K _a намного ниже, чем значение K _b , поэтому аммиак более щелочной, чем аммоний, является кислым.

11.9: Сильные кислоты и основания

Наиболее простые примеры кислот и оснований относятся к сильным кислотам и основаниям . Сильные кислоты , такие как HCl или HNO ₃ , являются настолько хорошими донорами протонов, что ни одна из их собственных молекул не может оставаться в водном растворе. Все молекулы HCl, например, передают свои протоны молекулам H ₂ O, поэтому раствор содержит только ионы H ₃ O ⁺ ( водн. ) и Cl ^— ( водн. ). Точно так же ионы сильных оснований , таких как BaO или NaH, являются настолько хорошими акцепторами протонов, что они не могут оставаться в водном растворе.Все ионы O ^2–, например, преобразуются в ионы OH ^– путем акцептирования протонов от молекул H ₂ O, а молекулы H ₂ O также преобразуются в OH ^–. Следовательно, раствор BaO содержит только ионы Ba ²⁺ ( водн. ) и OH ^— ( водн. ).

В таблице \ (\ PageIndex {1} \) перечислены молекулы и ионы, которые действуют как сильные кислоты и основания в водном растворе. Помимо тех, которые полностью реагируют с H ₂ O с образованием H ₃ O ⁺ и OH ^—, любое соединение, которое само содержит эти ионы, будет служить сильной кислотой или основанием.Обратите внимание, что сила кислоты относится только к ее способности отдавать протоны молекулам H ₂ O, а сила основания — к его способности принимать протоны от молекул H ₂ O. С другой стороны, кислотность или основность раствора зависит от концентрации, а также от силы растворенной кислоты или основания.

Обратите внимание, что катионы сильных оснований также растворимы в воде, как показано в таблице из 11.2 о правилах растворимости. Например, все катионы группы 1 образуют сильные основания, и все катионы группы 1 растворимы в воде. Таким образом, вы можете использовать свое предыдущее понимание правил растворимости, чтобы составить представление о сильных основаниях. Как правило, если катион растворим в воде, он может образовывать сильное основание.

Как правило, сильные доноры протонов — это молекулы, в которых водород присоединен к довольно электроотрицательному атому, например, к кислороду или галогену. Значительная электронная плотность смещена от водорода в такой молекуле, что позволяет ионам водорода уходить, не унося с собой никаких электронов.Сильные кислоты в Таблице \ (\ PageIndex {1} \) прекрасно соответствуют этому правилу. Это галогениды водорода (HCl, HBr, HI) или оксикислоты (общая формула которых H _n XO _m ).

Ниже приведены резонансные структуры оксокислот после того, как они отдают протон. Причиной силы следующих кислот является стабильность аниона, о чем свидетельствует количество резонансных структур и распределение отрицательного заряда среди всех атомов кислорода.Распределение отрицательного заряда можно визуализировать в трехмерной структуре, где красный цвет представляет отрицательный заряд, а синий — положительный заряд. Трехмерная структура представляет собой среднее значение резонансных структур, показанных слева.

Структуры Льюиса указывают на протон, связанный с кислородом в каждой из оксикислот, отсюда и их общее название. Обратите внимание, что для сильной кислородной кислоты количество атомов кислорода всегда на два или более больше, чем количество атомов водорода. То есть в общей формуле H _n XO _m , m ≥ n + 2.

Сила основания зависит от его способности притягивать и удерживать протон. Поэтому основания часто имеют отрицательные заряды, и они неизменно имеют по крайней мере одну неподеленную пару электронов, которая может образовывать координационную ковалентную связь с протоном. Сильные основания в таблице 1 можно рассматривать как производные нейтральных молекул путем последовательного удаления протонов. Например, OH ^— можно получить, удалив H ⁺ из H ₂ O, а O ^2– можно получить, удалив H ⁺ из OH ^— .Когда сильные основания рассматриваются таким образом, неудивительно, что они являются хорошими акцепторами протонов.

Как использовать таблицу pKa

Ключевой навык — Как использовать таблицу pKa

Сегодня мы поговорим о невероятно важном навыке, освоение которого может занять некоторое время, но приносит огромные дивиденды. Мы подробно рассмотрим , как использовать таблицу pKa. [Предпосылки для pKa — прочтите этот пост] Понимание правильного использования таблицы pKa даст вам возможность распознать, какие кислотно-основные реакции будут происходить, а какие нет.Это будет много по мере прохождения через Org 1 и Org 2. Возможно, будет полезно вернуться назад и рассмотреть некоторые факторы, влияющие на кислотность, о которых говорилось ранее.

Содержание

1. Пример кислотно-основного вопроса
2. Ключевое правило кислотно-основных реакций: при благоприятной кислотно-основной реакции более сильная кислота плюс более сильное основание дает более слабую кислоту и более слабое основание
3. Используйте принцип «Чем слабее кислота, тем сильнее сопряженное основание», чтобы получить сильные стороны оснований из таблицы pKa.
4. Выделите четыре компонента кислотно-основной реакции (кислота, основание, сопряженная кислота, конъюгат основания). ) И оцените, соответствует ли реакция ключевому правилу
5. Работа с аналогичными соединениями, но не указанными в таблице pKa

1.Примерный вопрос

Допустим, вам задали следующий вопрос:

Под кислотностью мы здесь говорим о кислотности по Бренстеду — другими словами, о способности отдавать протон.

Допустим, нам дана таблица pKa со следующими значениями.

2. Ключевое правило кислотно-основных реакций: более сильная кислота плюс более сильное основание дает более слабую кислоту и более слабое основание

С чего начать с этой проблемы?

1. Помните, что таблица pKa ранжирует молекулы в порядке их кислотности, от до сильнокислой (например.грамм. HCl с pKa от –8) до слабокислой (например, метана, pKa ~ 50).
2. Что определяет, произойдет ли кислотно-основная реакция вообще? Мы применяем следующий принцип к кислотно-основным реакциям: Более сильная кислота будет иметь тенденцию реагировать с более сильным основанием с образованием более слабой кислоты и более слабого основания.
3. Достаточно легко использовать таблицу pKa для определения силы кислоты — мы можем сразу увидеть, что H ₂ O (pKa 15) является более сильной кислотой, чем NH ₃ (pKa 38) .Вопрос в том, как определить базовую прочность?

Вот как мы это делаем. Вытяните сопряженные основания кислот на вашей таблице pka, удалив протон.

Например, Nh4 -> Nh3 (-) или Ch5 -> Ch4 (-).

3. Используйте принцип «Чем слабее кислота, тем сильнее сопряженное основание», чтобы получить сильные стороны оснований из A pKa Таблица

Вот ключевой принцип: Порядок силы основания обратен силе кислоты . Чем слабее кислота, тем сильнее сопряженное основание. Используя этот принцип, вы также можете использовать таблицу pKa, чтобы определить сильные стороны оснований. Я называю это обратной таблицей pKa.

Вот таблица pKa с включенными конъюгированными основаниями:

4. Выделите четыре компонента кислотно-основной реакции (кислота, основание, конъюгированная кислота, конъюгат основания) и оцените, следует ли реакция ключевому слову Правило

4 .Вот как мы применим эти знания к проблеме.

Найдите кислоту на столе pKa. Найдите базу на обратной таблице pKa. Проведите кислотно-основную реакцию, то есть добавьте протон к основанию и удалите протон из кислоты.

5. Оцените : новая кислота сильнее или слабее? Новая база сильнее или слабее?

6. Примеры.

Пример A: У нас есть CH ₄ и HO (-) Мы можем найти CH ₄ в таблице pKa — у него pKa 50.Гидроксид-ион, HO (-) равен , а не в левой части таблицы pKa, но равен в «обратной» таблице pKa — это сопряженное основание воды, H ₂ O. Итак, CH ₄ — кислота, а HO (-) — основание в этой реакции.

Выполняя предложенную кислотно-основную реакцию, мы переносим протон с CH ₄ на HO (-). Следовательно, продуктами этой реакции будут CH ₃ (-) и вода.

Теперь мы задаемся вопросом — как они соотносятся по силе с нашими исходными кислотами и основаниями? Вода имеет pKa ~ 15, а у CH ₄ pKa = 50. Наш продукт — более сильная кислота. Из обратной таблицы pKa мы также отмечаем, что CH ₃ (-) является более сильным основанием, чем HO (-). Наш продукт — это более прочная основа.

Вердикт — реакции не будет. Нам нужно перейти к более слабой кислотно-щелочной паре (см. № 2 выше). Итак, мы пишем «НР».

Вот еще пример.

Пример B — Возьмите HCΞCH и NH ₂ (-). HCΞCH имеет pKa 25; с другой стороны, NH ₂ (-) находится в таблице сопряженных оснований.Вытягивание продуктов кислотно-основной реакции даст нам NH ₃ ( более слабая кислота, чем HCΞCH) и HCΞC (-) ( более слабое основание, чем NH ₂ (-). Эта реакция пойдет.

Пример C : Возьмите NH ₃ и HCl. На этот раз мы можем найти и HCl, и Nh4 в таблице pKa. Но HCl имеет pKa (–8), а NH ₃ — pKa. из 38. Здесь очевидно, что HCl будет действовать как кислота, а NH ₃ будет действовать как основание.

Мы можем записать нашу кислотно-щелочную реакцию: HCl + NH ₃ → NH ₄ (+) Cl (-)

Наш кислотный продукт, Nh5, имеет pKa 9. Наш продукт — более слабая кислота. чем HCl. Наш основной продукт, Cl (-), находится ниже NH ₃ по нашей обратной шкале pKa. Наш продукт — более слабая база, чем Nh4. Вывод: такая реакция тоже ходовая. И действительно, если вы окажетесь в морозильной хижине, где есть только бутылка концентрированной HCl и водный раствор нашатырного спирта, чтобы составить вам компанию, их добавление определенно согреет ваш день.Это единственная ситуация, в которой я бы рекомендовал это.

5. Работа с подобными соединениями, но не находящимися в таблице pKa

В. Как поступить с подобными соединениями, которых нет в таблице? Возьмем, к примеру, гексан. Хотя технически его нет в списке, его поведение достаточно похоже на поведение метана — в конце концов, они оба алканы, — поэтому мы предполагаем, что pKa примерно одинаковы. Точно так же амин, подобный триметиламину [N (CH ₃ ) ₃ ], будет иметь поведение, подобное NH ₃ в реакции с HCl.

Одна последняя точка в виде большого изображения. Обратите внимание на узор. Сопряженное основание метана (H ₃ C (-)) достаточно сильно, чтобы депротонировать все, что находится ниже его в таблице pKa (то есть почти все). Метиллитий, CH ₃ Li, является невероятно сильным основанием. И наоборот, ацетилид-ион, HCC (-), достаточно силен, чтобы эффективно депротонировать любую кислоту с pKa ниже ~ 25, а ацетат-ион (Ch4COO (-)) еще слабее и способен депротонировать любую кислоту с pKa ниже 5.

Вот почему я сравниваю сильное основание, такое как метиллитий, с флеш-роялем в покере — оно по существу побьет любую руку (кислоту), с которой столкнется.

Следующее сообщение: Практическое правило кислотно-основных реакций

Таблица сильных кислот и сильных оснований

Соляная кислота, HCl.

Это список сильных кислот и сильных оснований. Их не так уж и много, так что выучите их наизусть, если сможете.

Таблица сильных кислот

Сильные кислоты полностью ионизируются в воде с образованием или более протонов на молекулу кислоты.

* HSO ₄ ^— — слабая кислота, которая вносит дополнительные протоны.

Таблица сильных оснований

Сильные основания полностью ионизируются в воде с образованием или более гидроксидов на молекулу основания.